1.开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:包括反应装置(1)、气体供应装置和产物收集装置(4);
所述反应装置(1)顶部开口,反应装置(1)内腔下半部分设置有蜂窝体(13),反应装置(1)内腔上半部分为催化燃烧腔(12);所述蜂窝体(13)中设置有均与催化燃烧腔(12)连通的燃料通道(11)和等离子体放电通道(131);
所述气体供应装置包括燃料罐一(31)、燃料罐二(32)、惰性气体罐(33)和氧化剂罐(34);
所述产物收集装置(4)位于反应装置(1)正上方;
所述反应装置(1)设置有与燃料通道(11)连通的燃料进口(14);所述燃料进口(14)通过管道分别与燃料罐一(31)、燃料罐二(32)和惰性气体罐(33)连通;
所述装置(1)设置有与等离子体放电通道(131)连通的氧化剂进口(15);所述氧化剂进口(15)通过管道分别与惰性气体罐(33)和氧化剂罐(34)连通。
2.根据权利要求1所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:所述等离子体放电通道(131)设置在蜂窝体(13)中心位置,燃料通道(11)设置在等离子体放电通道(131)四周。
3.根据权利要求2所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:还包括流量控制装置;
所述流量控制装置包括质量流量控制器一(21)、质量流量控制器二(22)、质量流量控制器三(23)、质量流量控制器四(24)和质量流量控制器五(25);
所述燃料进口(14)通过管道分别与质量流量控制器一(21)、质量流量控制器二(22)和质量流量控制器三(23)连通,质量流量控制器一(21)通过管道经过阀门一(51)与燃料罐一(31)连通,质量流量控制器二(22)通过管道经过阀门二(52)与燃料罐二(32)连通,质量流量控制器三(23)通过管道经过阀门三(53)与惰性气体罐(33)连通;
所述氧化剂进口(15)通过管道分别与质量流量控制器四(24)和质量流量控制器五(25)连通;所述质量流量控制器四(24)通过管道经过阀门三(53)后与惰性气体罐(33)连通;所述质量流量控制器五(25)通过管道经过阀门四(54)与氧化剂罐(34)连通。
4.根据权利要求3所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:所述燃料罐一(31)中的燃料为氢气,燃料罐二(32)中的燃料为低碳链式烃;
所述惰性气体罐(33)中的惰性气体为氮气或氩气;
所述氧化剂罐(34)中的氧化剂为空气或氧气。
5.根据权利要求4所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:还包括反应电极棒(7);所述反应电极棒(7)一端设置有电极套(71),反应电极棒(7)设置有电极套(71)的一端伸入等离子体放电通道(131)中。
6.根据权利要求5所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:所述产物收集装置(4)和反应装置(1)之间设置有后燃烧器(6)。
7.根据权利要求6所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:所述的产物收集装置(4)包括相互连接的基底支撑(41)和收集基板(42)。
8.根据权利要求7所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置,其特征在于:所述电极套(71)最粗端至等离子体放电通道(131)内壁的距离为1~3mm。
9.利用如权利要求1-8任一所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的装置的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:氧化剂罐(34)中的氧化剂通过氧化剂进口(15)进入等离子体放电通道(131)中;燃料罐一(31)中的氢气和燃料罐二(32)中的低碳链式烃都通过燃料进口(14)进入燃料通道(11)中,然后流入催化燃烧腔(12);
步骤二:打开连接反应电极棒(7)的电源,反应电极棒(7)产生电晕放电,在等离子体放电通道(131)与氧化剂反应产生脉冲火花;
步骤三:脉冲火花在等离子体放电通道(131)的出口点燃催化燃烧腔(12)中的氢气和低碳链式烃,形成多重逆扩散火焰;
步骤四:多重逆扩散火焰燃烧后的产物在气流的冲击下从反应装置(1)开口穿出,汇集到收集基板(42)上。
10.根据权利要求9所述的开放环境下等离子体制备碳纳米材料的方法,其特征在于:步骤三中的燃烧温度为950℃;
步骤一中燃料罐一(31)中的氢气和燃料罐二(32)中的低碳链式烃通入燃料进口(14)的质量比为1:10。