一種多孔碳材料的智能制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動控制領域，尤其是一種多孔碳材料的智能制備方法。
【背景技術】
[0002]為應對日益增長的對穩定電流的需求，同時避免資源枯竭和環境污染，就需要高性能、低成本和環境友好的能量儲存和生產系統。碳源材料由于儲量豐富、化學穩定和熱穩定及其特殊的結構，尤其是一些多孔碳具備大比表面積(>1000m2g-l)和大孔容
O0.5cm3g-l)，使其在能源應用相關領域存在潛在的研究價值。目前的多孔碳材料有活性炭(AC)、活性炭纖維(ACF)、碳分子篩(CMS)以及發現于上世紀九十年代初并引起研究興趣的碳納米管(CNTs)及贏得諾貝爾獎的新材料石墨烯等。
[0003]生物質是世界第三大能源，儲量僅次于煤和石油。而且作為一種可再生資源，可以認為是不會枯竭的清潔能源。目前采用的以生物質作為碳源制備多孔碳材料的方法主要有物理活化和化學活化兩種方法，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溫度增加碳產率。化學活化以Κ0Η作為活化劑為最常用，相比物理活化，步驟簡化，熱解溫度降低，產率更高，比表面積更大，但是由于Κ0Η是強腐蝕性的堿，生產過程中嚴重腐蝕設備，且對環境造成破壞，因此，鑒于碳材料廣闊應用前景，有必要開發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，不能精確地、自動化地控制制備過程中的溫度、PH值和時間等各項參數，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，也浪費了資源。
【發明內容】
[0005]本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種多孔碳材料的智能制備方法，能精確地控制制備過程中的溫度、PH值和時間等各項參數，自動化程度高；結合了手動控制和自動控制，方便了操作，節約了時間；制備成本低、穩定可靠、制備成品品質高。
[0006]本發明采用的技術方案如下:
一種多孔碳材料的智能制備方法，它包括以下步驟:
步驟1:安裝好各裝置，打開一種多孔碳材料的智能制備系統的電源，將烘干的生物質材料烏拉草投入剪切裝置，感應模塊感應到物料的投入，轉化為數字信號001傳遞至PLC ;PLC接收數字信號001，向剪切模塊傳遞執行信號201，并結合反應舟的長和寬及物料鋪于反應舟的厚度，模擬計算出物料投射曲線和鼓風強度，向鼓風出料模塊傳遞執行信號301 ;
步驟2:剪切模塊接收執行信號201，啟動剪切裝置，將物料剪切至預定長度01 ;鼓風出料模塊接收執行信號301，調整鼓風強度至預定強度01 ;調整發射筒的角度至預定角度01 ;使物料均勻平鋪于反應舟；
步驟3:當感應模塊2min內未感應到剪切裝置中的物料投入，則轉化為數字信號002傳遞至PLC;PLC接收數字信號002，向剪切模塊傳遞執行信號202 ;并向鼓風出料模塊傳遞執行信號302 ;剪切模塊接收執行信號202，關閉剪切裝置；鼓風出料模塊接收執行信號302，關閉鼓風出料裝置，完成后向PLC傳遞數字信號401 ;PLC接收數字信號401，向報警模塊傳遞執行信號501 ;報警模塊接收執行信號501，啟動報警器2min后關閉；提示工作人員將反應舟放置于爐中；
步驟4:將所述反應舟放置在爐中，觸發氮氣通入裝置上的觸發按鈕一；當觸發按鈕一第一次被觸發時，啟動氮氣通入裝置，即以3-10ml/min的氣流流速向反應爐中通入氮氣，并進行吹掃；8h后自動關閉氮氣通入裝置，停止氮氣供應，并向PLC傳遞數字信號402 ;
步驟5:PLC接收數字信號402，向加熱模塊傳遞執行信號601 ;加熱模塊接收執行信號601，啟動加熱裝置，升溫速度為3°C /分鐘，加熱至650°C后調節至保溫模式，保溫lOOmin后關閉加熱裝置；使得物料在惰性氣體的保護下進行活化，由此制得多孔碳材料；
步驟6:溫度檢測模塊檢測反應爐中的溫度，當爐內溫度第二次到達26°C時(S卩加熱后再次回到室溫時)，向PLC傳遞數字信號101 ;PLC接收數字信號101，向報警模塊傳遞執行信號502 ;報警模塊接收執行信號502，啟動報警器2min后關閉；提示工作人員觸發雜質去除裝置上的觸發按鈕二；
步驟7:觸發雜質去除裝置上的觸發按鈕二，當所述觸發按鈕二第一次被觸發時，向水洗池放出預定劑量01的氫氧化鈉溶液，并向PLC傳遞數字信號403 ;PLC接收數字信號403，30min后向雜質去除模塊傳遞執行信號701 ;雜質去除模塊接收執行信號701，開啟電磁閥二 (將氫氧化鈉溶液排出)，lOmin后關閉，完成后向PLC傳遞數字信號404 ；
步驟8:PLC接收數字信號404，向水洗模塊傳遞執行信號801 ;水洗模塊接收執行信號801，執行水洗操作:即打開電磁閥三，向水池池中注入水，lOmin后關閉電磁閥三，并打開電磁閥二，lOmin后關閉，排出污水；反復進行水洗操作，直至接收執行信號802，停止水洗操作。
[0007]步驟9:PH檢測模塊檢測水洗池內的PH值，并轉化為數字信號102，傳遞至PLC ；PLC接收數字信號102，當PH值=7時，向水洗模塊傳遞執行信號802，并向報警模塊傳遞執行信號503 ;報警模塊接收執行信號503，啟動報警器2min后關閉；提示工作人員將制成的一種多孔碳材料取出保存。
[0008]該種多孔碳材料的智能制備方法的智能制備系統，它包括:剪切模塊、鼓風出料模塊、氮氣模塊、PLC、感應模塊、加熱模塊、溫度檢測模塊、雜質去除模塊、水洗模塊、PH檢測模塊、報警模塊，所述剪切模塊包括剪切裝置；
感應模塊包括設于剪切裝置入口的紅外感應器，所述紅外感應器用于感應物料的投入，并轉化為數字信號001傳遞至PLC ;當2min內未感應到物料投入，則轉化為數字信號002傳遞至PLC;
溫度檢測模塊包括設于反應爐中的溫度檢測儀，用于檢測反應爐中的溫度，當爐內溫度第二次到達26°C時，向PLC傳遞數字信號101 ;
PH檢測模塊包括設于水洗池內的PH檢測儀，用于檢測水洗池內的PH值，并轉化為數字信號102，傳遞至PLC ；
PLC接收數字信號001，向剪切模塊傳遞執行信號201，并結合反應舟的長和寬及物料鋪于反應舟的厚度，模擬計算出物料投射曲線和鼓風強度，向鼓風出料模塊傳遞執行信號301;接收數字信號002，向剪切模塊傳遞執行信號202 ;并向鼓風出料模塊傳遞執行信號
302;接收數字信號401，向報警模塊傳遞執行信號501 ;接收數字信號402，向加熱模塊傳遞執行信號601 ;接收數字信號101，向報警模塊傳遞執行信號502 ;接收數字信號403，30min后向雜質去除模塊傳遞執行信號701 ;接收數字信號404，向水洗模塊傳遞執行信號801 ;接