一種多孔碳材料的智能制備系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其是一種多孔碳材料的智能制備系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的對(duì)穩(wěn)定電流的需求，同時(shí)避免資源枯竭和環(huán)境污染，就需要高性能、低成本和環(huán)境友好的能量?jī)?chǔ)存和生產(chǎn)系統(tǒng)。碳源材料由于儲(chǔ)量豐富、化學(xué)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定及其特殊的結(jié)構(gòu)，尤其是一些多孔碳具備大比表面積(>1000m2g-l)和大孔容
O0.5cm3g-l)，使其在能源應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域存在潛在的研究?jī)r(jià)值。目前的多孔碳材料有活性炭(AC)、活性炭纖維(ACF)、碳分子篩(CMS)以及發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代初并引起研究興趣的碳納米管(CNTs)及贏得諾貝爾獎(jiǎng)的新材料石墨烯等。
[0003]生物質(zhì)是世界第三大能源，儲(chǔ)量?jī)H次于煤和石油。而且作為一種可再生資源，可以認(rèn)為是不會(huì)枯竭的清潔能源。目前采用的以生物質(zhì)作為碳源制備多孔碳材料的方法主要有物理活化和化學(xué)活化兩種方法，物理活化以氧化性氣體，如02、C02、空氣、水蒸氣或它們的混合物來造成局部碳化得到大比表面和大孔隙率；化學(xué)活化以KOH、NaOH、H3P04、MgC12、A1C13或ZnC12作為活化劑，分別通過氧化作用或作為脫水劑降低反應(yīng)溫度增加碳產(chǎn)率?；瘜W(xué)活化以Κ0Η作為活化劑為最常用，相比物理活化，步驟簡(jiǎn)化，熱解溫度降低，產(chǎn)率更高，比表面積更大，但是由于Κ0Η是強(qiáng)腐蝕性的堿，生產(chǎn)過程中嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，且對(duì)環(huán)境造成破壞，因此，鑒于碳材料廣闊應(yīng)用前景，有必要開發(fā)新的多孔碳材料及其制備方法。
[0004]在新的多孔碳材料的制備過程中，大多依賴于人工操作，但人工操作既比較容易出錯(cuò)，不能精確地、自動(dòng)化地控制制備過程中的溫度、PH值和時(shí)間等各項(xiàng)參數(shù)，而上述因素極大的影響著多孔碳材料的制備效果，且人工操作比較耗時(shí)，也浪費(fèi)了資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述存在的問題，提供一種多孔碳材料的智能制備系統(tǒng)及方法，能精確地控制制備過程中的溫度、PH值和時(shí)間等各項(xiàng)參數(shù)，自動(dòng)化程度高；結(jié)合了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，方便了操作，節(jié)約了時(shí)間；制備成本低、穩(wěn)定可靠、制備成品品質(zhì)尚ο
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種多孔碳材料的智能制備系統(tǒng)，它包括:剪切模塊、鼓風(fēng)出料模塊、氮?dú)饽K、PLC、感應(yīng)模塊、加熱模塊、溫度檢測(cè)模塊、雜質(zhì)去除模塊、水洗模塊、ΡΗ檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊，所述剪切模塊包括剪切裝置；
感應(yīng)模塊包括設(shè)于剪切裝置入口的紅外感應(yīng)器，所述紅外感應(yīng)器用于感應(yīng)物料的投入，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)001傳遞至PLC ;當(dāng)2min內(nèi)未感應(yīng)到物料投入，則轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)002傳遞至PLC;
溫度檢測(cè)模塊包括設(shè)于反應(yīng)爐中的溫度檢測(cè)儀，用于檢測(cè)反應(yīng)爐中的溫度，當(dāng)爐內(nèi)溫度第二次到達(dá)26°C時(shí)，向PLC傳遞數(shù)字信號(hào)101 ; PH檢測(cè)模塊包括設(shè)于水洗池內(nèi)的PH檢測(cè)儀，用于檢測(cè)水洗池內(nèi)的PH值，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)102，傳遞至PLC ；
PLC接收數(shù)字信號(hào)001，向剪切模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)201，并結(jié)合反應(yīng)舟的長(zhǎng)和寬及物料鋪于反應(yīng)舟的厚度，模擬計(jì)算出物料投射曲線和鼓風(fēng)強(qiáng)度，向鼓風(fēng)出料模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)
301;接收數(shù)字信號(hào)002，向剪切模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)202 ;并向鼓風(fēng)出料模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)
302;接收數(shù)字信號(hào)401，向報(bào)警模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)501 ;接收數(shù)字信號(hào)402，向加熱模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)601 ;接收數(shù)字信號(hào)101，向報(bào)警模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)502 ;接收數(shù)字信號(hào)403，30min后向雜質(zhì)去除模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)701 ;接收數(shù)字信號(hào)404，向水洗模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)801 ;接收數(shù)字信號(hào)102，當(dāng)PH值=7時(shí)，向水洗模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)802，并向報(bào)警模塊傳遞執(zhí)行信號(hào)503 ；
剪切模塊接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)201，啟動(dòng)剪切裝置，將物料剪切至預(yù)定長(zhǎng)度01 ;接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)202，關(guān)閉剪切裝置；
鼓風(fēng)出料模塊包括鼓風(fēng)出料裝置，用于接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)301，調(diào)整鼓風(fēng)強(qiáng)度至預(yù)定強(qiáng)度01 ;調(diào)整發(fā)射筒的角度至預(yù)定角度01 ;使物料均勻平鋪于反應(yīng)舟；接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)302，關(guān)閉鼓風(fēng)出料裝置，完成后向PLC傳遞數(shù)字信號(hào)401 ;
報(bào)警模塊包括報(bào)警器，用于接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)501、執(zhí)行信號(hào)502或執(zhí)行信號(hào)503，啟動(dòng)報(bào)警器2min后關(guān)閉；
氮?dú)饽K包括氮?dú)馔ㄈ胙b置，所述氮?dú)馔ㄈ胙b置上設(shè)有觸發(fā)按鈕一；所述氮?dú)馔ㄈ胙b置設(shè)有通氣口，所述通氣口伸入至反應(yīng)爐中；所述通氣口能在水平平面任意轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)?shù)谝淮斡|發(fā)觸發(fā)按鈕一時(shí)，啟動(dòng)氮?dú)馔ㄈ胙b置，即以3-10ml/min的氣流流速向反應(yīng)爐中通入氮?dú)?，并進(jìn)行吹掃；8h后自動(dòng)關(guān)閉氮?dú)馔ㄈ胙b置，停止氮?dú)夤?yīng)，并向PLC傳遞數(shù)字信號(hào)402 ;
加熱模塊包括設(shè)于反應(yīng)爐的加熱裝置，用于接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)601，啟動(dòng)加熱裝置，升溫速度為3°C /分鐘，加熱至650°C后調(diào)節(jié)至保溫模式，保溫lOOmin后關(guān)閉加熱裝置；
雜質(zhì)去除模塊包括雜質(zhì)去除裝置，所述雜質(zhì)去除裝置設(shè)有觸發(fā)按鈕二，所述雜質(zhì)去除裝置包括水洗池和氫氧化鈉溶液存儲(chǔ)箱，所述水洗池底端設(shè)有排污口 ；所述排污口設(shè)有電磁閥二 ；當(dāng)所述觸發(fā)按鈕二第一次被觸發(fā)時(shí)，向水洗池放出預(yù)定劑量01的氫氧化鈉溶液，并向PLC傳遞數(shù)字信號(hào)403 ;接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)701，開啟電磁閥二，lOmin后關(guān)閉，完成后向PLC傳遞數(shù)字信號(hào)404 ;
水洗模塊包括設(shè)于水洗池上的水洗裝置，所述水洗裝置包括水箱，所述水箱上設(shè)有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管上設(shè)有電磁閥三；用于接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)801，執(zhí)行水洗操作:即打開電磁閥三，向水池池中注入水，lOmin后關(guān)閉電磁閥三，并打開電磁閥二，lOmin后關(guān)閉，排出污水；反復(fù)進(jìn)行水洗操作，直至接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)802，停止水洗操作。(所述水洗操作為一次完整的操作，如:若接收?qǐng)?zhí)行信號(hào)802時(shí)，已打開電磁三，則執(zhí)行完后面的操作直至關(guān)閉電磁閥二)
由于采用上述方案，所述紅外感應(yīng)器發(fā)出紅外線感應(yīng)，當(dāng)有物料投入時(shí)，紅外線中斷，則感應(yīng)到有物料投入，當(dāng)連接2min內(nèi)未感應(yīng)到物料的投入，則判斷為停止物料供應(yīng)；所述反應(yīng)爐為加熱爐，溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)到反應(yīng)爐第二次第二次到達(dá)26°C時(shí)，則判斷為反應(yīng)爐加熱后自動(dòng)冷卻再次到達(dá)室溫，此時(shí)工作人員可將物料取出，進(jìn)行下一步操作；當(dāng)物料通過氫氧化鈉去除物料中的二氧化硅時(shí)結(jié)束后，對(duì)物料進(jìn)行水洗，通過反應(yīng)清水清洗的方式進(jìn)行水洗，同時(shí)PH檢測(cè)儀對(duì)溶液進(jìn)行PH值的檢測(cè)，當(dāng)物料到達(dá)中性時(shí)，停止水洗，完成操作。
[0007]進(jìn)一步地，所述剪切裝置設(shè)有進(jìn)料口，所述進(jìn)料口為兩條平行傳送帶的間隙，物料從所述間隙進(jìn)入至剪切裝置中，所述傳送帶的一端設(shè)有剪切刀；物料隨傳送帶的移動(dòng)而移動(dòng)；傳送帶每向前移動(dòng)預(yù)定長(zhǎng)度01，則剪切刀運(yùn)作一次；所述剪切裝置下端設(shè)有出料口，所述出料口與鼓風(fēng)出料裝置的進(jìn)料口連接；物料則直接從剪切裝置出料口進(jìn)入鼓風(fēng)出料裝置的進(jìn)料口。
[0008]由于采用上述結(jié)構(gòu)，所述物料能停留在上下平行的傳送帶上，并隨傳送帶的移動(dòng)而移動(dòng)，當(dāng)傳送帶向一端移動(dòng)預(yù)定長(zhǎng)度01 (優(yōu)選為1cm)后暫停，(則物料向一端移動(dòng)預(yù)定長(zhǎng)度01)剪切刀操作一次，操作完后，傳送帶接著向一端移動(dòng)預(yù)定長(zhǎng)度01，剪切刀再次操作一次，如此反復(fù)進(jìn)行，對(duì)物料進(jìn)行剪切；整個(gè)過程結(jié)果了手動(dòng)操作與自動(dòng)控制，既節(jié)約了成本，同時(shí)方便了操作。
[0009]進(jìn)一步地，鼓風(fēng)出料裝置設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述出料口正對(duì)于反應(yīng)舟；所述出料口上設(shè)有發(fā)射筒，所述發(fā)射筒能在縱向平面任意轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]由于采用上述結(jié)構(gòu)，反應(yīng)舟放于鼓風(fēng)出料裝置的一定距離處，當(dāng)物料被剪切好后，鼓風(fēng)出料裝置將物料拋投至反應(yīng)舟的各處，直到最后將反應(yīng)舟的鋪滿，PLC根據(jù)反應(yīng)舟的長(zhǎng)寬，設(shè)計(jì)風(fēng)的強(qiáng)度，使物料能到達(dá)反應(yīng)舟的預(yù)定距離處，最后使物料均勻地鋪滿于反應(yīng)舟上。
[0011]進(jìn)一步地，所述氫氧化鈉溶液存儲(chǔ)箱上設(shè)有導(dǎo)管，所述導(dǎo)管上設(shè)有電磁閥一；當(dāng)觸發(fā)按鈕二第一次被觸發(fā)時(shí)，則開啟電磁閥一，向水洗池放入預(yù)定劑量01的氫氧化鈉溶液。
[0012]由于采用上述方案，當(dāng)電磁閥一開啟時(shí)，氫氧化鈉溶液從氫氧化鈉溶液存儲(chǔ)箱內(nèi)進(jìn)入水池池中，用以清除掉物料上的二氧化硅等雜質(zhì)。
[0013]進(jìn)一步地，一種多孔碳材料的智能制備系統(tǒng)的智能制