制备碳纳米纤维的方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107849706A(43)申请公布日2018.03.27(21)申请号201680023833.7(74)专利代理机构北京英赛嘉华知识产权代理(22)申请日2016.02.26有限责任公司11204代理人王达佐洪欣(30)优先权数据62/120,9512015.02.26US(51)Int.Cl.62/240,8052015.10.13USC25B1/00(2006.01)C01B32/15(2017.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日2017.10.24(86)PCT国际申请的申请数据PCT/US2016/0199182016.02.26(87)PCT国际申请的公布数据WO2016/138469EN2016.09.01(71)申请人乔治华盛顿大学地址美国华盛顿哥伦比亚特区(72)发明人斯图尔特·利克特任家文权利要求书3页说明书16页附图21页(54)发明名称制备碳纳米纤维的方法和系统(57)摘要公开了生产碳纳米材料的系统和方法。通过炉将诸如Li2CO3的碳酸盐材料加热以转变成熔融碳酸盐。将CO2鼓泡进入熔融碳酸盐。通过将电流从阳极传递到阴极来使熔融碳酸盐进行电解。添加过渡金属成核剂以在阴极形成生长碳纳米材料的成核位置。该方法在阳极处分离氧，并在阴极处分离碳纳米材料。可以通过改变电流密度、进料气体、过渡金属组成、温度、粘度和电解质组成来控制碳纳米材料的特性。CN107849706ACN107849706A权利要求书1/3页1.制备碳纳米材料的系统，所述系统包括：容纳碳酸盐的炉室，所述炉室被加热以产生熔融碳酸盐；电解装置，其具有阳极和阴极以对所述熔融碳酸盐施加电解；以及分散器，其用于在阴极上形成过渡金属成核剂以累积碳纳米材料。2.如权利要求1所述的系统，其中所述炉室和电解装置由太阳能供电。3.如权利要求2所述的系统，其中所述系统包括将太阳能分成红外辐射和可见光的分束器装置，其中所述分束器装置将所述可见光引导至与所述电解装置连接的太阳能光伏装置以向阳极和阴极提供电力，并且其中所述分束器装置引导所述红外辐射以为所述炉室供电。4.如权利要求1所述的系统，其中所述阴极是以下的一种：钢、铁、镍、金属合金或碳。5.如权利要求1所述的系统，其中所述阳极是以下的一种：镍、钴、铜、锰、碳、铱、金属、金属碳或在低的过电压下抗氧化并维持氧气产生的合金。6.如权利要求5所述的系统，其中所述电解装置在低电流密度下运行持续第一预设时间段，然后在更高的电流密度下运行。7.如权利要求6所述的系统，其中所述碳纳米材料是碳纳米纤维。8.如权利要求6所述的系统，其中所述碳纳米材料是碳纳米管。9.如权利要求1所述的系统，其中添加的过渡金属成核剂是以下的一种：镍、铁、钴、铜、钛、钒、铬、锰、锆、钼、银、镉、锡、钌或上述物质的混合物。10.如权利要求1所述的系统，其中添加的过渡金属成核剂以溶解的过渡金属盐形式被添加至所述熔融碳酸盐以迁移到所述阴极上。11.如权利要求1所述的系统，其中添加的过渡金属成核剂被直接添加到所述阴极上。12.如权利要求1所述的系统，其中添加的过渡金属成核剂通过从所述阳极溶解过渡金属盐来添加，以穿过所述熔融碳酸盐迁移至所述阴极上。13.如权利要求1所述的系统，其中通过溶解添加至所述阴极上的过渡金属盐来添加锌。14.如权利要求1所述的系统，其中所述碳酸盐是碱金属碳酸盐和碱土金属碳酸盐中的一种。15.如权利要求14所述的系统，其中所述碱金属碳酸盐是碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯或碳酸钫、或它们的混合物。16.如权利要求14所述的系统，其中所述碱土金属碳酸盐是碳酸铍、碳酸镁、碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡或碳酸镭、或它们的混合物。17.如权利要求1所述的系统，其中所述阳极和阴极是以下的一种：卷线、丝网、多孔材料、电解室的内侧、导电板、或者平坦的垫片或折叠的垫片。18.如权利要求1所述的系统，还包括将来自CO2源的CO2注入所述熔融碳酸盐中的注入器。12131419.如权利要求18所述的系统，其中所述CO2含有碳的同位素C、C或C、或它们的混合物。20.如权利要求18所述的系统，其中所述CO2源是以下的一种：空气、加压的CO2或浓缩的CO2、发电工业过程、铁生产工业过程、钢铁生产工业过程、水泥形成工业过程、氨形成工业2CN107849706A权利要求书2/3页过程、铝形成工业过程、制造过程、烤箱、烟囱或内燃机。21.如权利要求1所述的系统，其中所述熔融碳酸盐包括添加的氧化物。22.如权利要求1所述的系统，其中所述碳纳米材料的特性通过以下至少一个来控制：至所述阳极和阴极的电流密度、电解温度、粘度、电解进料气体和过渡金属含量或电解室中的电解内容物。23.如权利要求1所述的系统