УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ГРАФИТОВЫХ НАНОПЛАСТИН

Устройство относится к области химической промышленности и может быть использовано для получения сорбентов нефтепродуктов, электродных материалов суперконденсаторов и чувствительных элементов газовых сенсоров.
В настоящее время актуальной задачей развития решения проблемы накопления и сохранения электроэнергии является разработка технологии получения новых высокоэффективных материалов суперконденсаторов, которые позволяют быстро накапливать и отдавать электроэнергию. Таким материалом может быть электрохимически обработанные графитовые нанопластины. Процесс обработки проводят обычно в установках, основанных на принципе электрохимического окисления графитовых нанопластин.
Известно устройство для электрохимической обработки графитовых нанопластин (патент РФ №2083723 МПК С25В 1/00, С01В 31/04, опубл. 10.07.1997), содержащее цилиндрический корпус с приемным и выходным патрубками, установленные в корпусе анод, катод и проницаемую для раствора кислоты диафрагму для подпрессовки графита к аноду, размещенную между катодом и анодом.
Основным недостатком данного устройства является подпрессовка материала к аноду, что отрицательным образом влияет на характеристики материала, который способный легко прессоваться без связующего, и то, что в устройство не включены элементы для интенсификации процесса.
Известно устройство для электрохимической обработки графитовых нанопластин (патент РФ №2291837 МПК С01В 31/04, С25В 1/00, опубл. 10.08.2006 Бюл. №22), содержащее цилиндрический корпус с приемным и выходным патрубками; расходуемый анод, расположенный в нижней части корпуса между приемным и выходным патрубками, выполненный в виде подвижной ленты из металла или сплава, анодно-растворимого в электролите, концы которой закреплены на разматывающем и сматывающем барабанах; катод, установленный на осевом валу, и диафрагму, размещенную на внешней стороне катода.
Основным недостатком является низкая интенсивность процесса, вследствие недостаточной организации процесса перемешивания графитовых нанопластин между катодом и анодом устройства.
Известно устройство для электрохимической обработки графитовых нанопластин (патент РФ №2263070 МПК С01В 31/04, С25В 1/00, опубл. 27.10.2005), являющееся прототипом предлагаемой полезной модели, которое содержит реактор электрохимической обработки графитовых нанопластин с цилиндрическим корпусом, выполненным с приемным и выходным патрубками, а также установленные в корпусе электроды. При этом оно содержит реактор карусельного типа с кольцевым анодом в форме желоба, установленным в цилиндрическом корпусе соосно с ним, и катодами, выполненными в форме лопаток, радиально закрепленных на осевом вертикальном валу. При этом лопатки установлены в желобе анода и имеют возможность перемещения по желобу. Вращение катодов обеспечивается приводом вращения.
Однако в указанном устройстве существенным недостатком является низкая интенсивность процесса, вследствие недостаточно хорошего диспергирования графита в жидкой фазе.
Задачей (техническим результатом) полезной модели является повышение интенсивности процесса электрохимической обработки графитовых нанопластин в жидкой фазе.
Задача достигается тем, что устройство для электрохимической обработки графитовых нанопластин содержит два реактора: реактор ультразвуковой обработки и реактор электрохимической обработки графитовых нанопластин, последовательно соединенные друг с другом. При этом реактор ультразвуковой обработки выполнен с приемным патрубком, предназначенным для загрузки суспензии терморасширенного графита в электролите, и выходным патрубком, предназначенным для выгрузки образовавшихся графитовых нанопластин, и снабжен магнитострикционным излучателем ультразвуковых колебаний. Выходной патрубок реактора ультразвуковой обработки тангенциально соединен с приемным патрубком реактора электрохимической обработки графитовых нанопластин. Реактор электрохимической обработки графитовых нанопластин имеет цилиндрический корпус, приемный и выходной патрубки, находящиеся на корпусе, при этом реактор снабжен кольцевым анодом и катодом в виде лопаток, установленных на валу реактора.
На фиг. 1 представлена схема устройства для электрохимической обработки графитовых нанопластин, на фиг. 2 представлен разрез ректора электрохимической обработки графитовых нанопластин.
Устройство для электрохимической обработки графитовых нанопластин (фиг. 1) состоит из реактора ультразвуковой обработки (1), внутрь которого помещен магнитострикционный излучатель ультразвуковых колебаний (2), верхняя часть реактора ультразвуковой обработки соединена с приемным патрубком (3), а нижняя часть соединена выходным патрубком (4). Выходной патрубок (4) тангенциально соединен с приемным патрубком (5) реактора электрохимической обработки графитовых нанопластин (6), снабженного кольцевым анодом (7). Катод (8) закреплен на валу (9), который установлен в подшипниковых опорах (10), размещенных в верхней и нижней частях реактора электрохимической обработки графитовых нанопластин (6). При этом катод (8) выполнен без подключения к приводным элементам. В нижней части реактора электрохимической обработки графитовых нанопластин (6) находится выходной патрубок (11).
Устройство для электрохимической обработки графитовых нанопластин работает следующим образом. Из смесителя (не показан на чертеже) в реактор ультразвуковой обработки (1), снабженный магнитострикционным излучателем ультразвуковых колебаний (2), через приемный патрубок (3) тангенциально подается суспензия терморасширенного графита в электролите, в котором производится ультразвуковое диспергирование терморасширенного графита, с последующим образованием графитовых нанопластин. В реакторе ультразвуковой обработки (1) под действием ультразвуковых колебаний, генерируемых магнитострикционным излучателем (2), происходит диспергирование и одновременное дробление терморасширенного графита до графитовых нанопластин. Далее суспензия графитовых нанопластин в электролите выводится из реактора ультразвуковой обработки через выходной патрубок (4) и через приемный патрубок (5) тангенциально направляется в реактор электрохимической обработки графитовых нанопластин (6), в котором проводится электрохимическое окисление графитовых нанопластин. В реакторе электрохимической обработки графитовых нанопластин (6) через кольцевой анод (7) и катод (8) пропускают электрический ток. При этом, катод (8), установлен на валу (9) в подшипниковых опорах (10). Вращение катода реализуется за счет наличия малого кольцевого зазора между катодом и анодом. Далее через выходной патрубок (11) происходит выгрузка электрохимически обработанных графитовых нанопластин.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет введения реактора ультразвуковой обработки с установленным в нем магнитострикционным излучателем повышается интенсивность процесса электрохимической обработки графитовых нанопластин вследствие более полного их диспергирования в электролите в результате воздействия ультразвуковых колебаний.