[发明专利]从连续的反应器流出物移出碳纳米管

说明书

本文提供了一种从连续的反应器流出物移出碳纳米管的系统和方法。所述方法包括使连续的反应器流出物流动通过分离容器，在所述分离容器中从所述连续的反应器流出物分离所述碳纳米管，并且从所述连续的反应器流出物产生包括气体组分的流。

相关申请

本临时申请涉及Noyes于2011年10月6日提交的题目为“通过还原碳氧化物生成固态碳的方法”的美国专利申请序列号13/263,311，其要求基于Noyes于2010年4月5日提交的名称为“通过还原碳氧化物生成固态碳的方法”的国际专利申请号PCT/US2010/029934的优先权，其又要求基于提交于2009年4月17日的题目为“通过还原碳氧化物生成固态碳的方法”的美国临时专利申请序列号61/170,199的优先权，通过该引用将它们全部公开内容并入本文。

技术领域

本技术涉及用于制造碳纳米管的工业规模方法。具体而言，该技术集中于从连续的反应器流出物流移出碳纳米管。

背景技术

该部分旨在介绍该领域与本技术的示例性实施方式相关的多个方面。相信该讨论有助于提供促进更好的理解本技术的具体方面的框架。因此，应该理解应该以此角度阅读该部分，并且不必是对现有技术的承认。

多年来，在多种产品中使用主要由固体或元素碳形成的物质。例如，炭黑是用作橡胶和塑料产品比如汽车轮胎中的颜料和增强化合物的高碳含量的物质。炭黑通常由烃比如甲烷或重质芳烃油的不完全热裂解形成。热炭黑，其由天然气的裂解形成，包括大的未团聚的颗粒，例如，大小在200-500nm等范围中。炉法炭黑，其由重油的裂解形成，包括团聚或粘在一起以形成结构的许多较小的颗粒，其大小在10-100nm的范围中。在这两种情况下，颗粒可以由具有开口端或边的石墨烯薄片的层形成。开口边化学地形成可用于吸收、结合进基质和类似物的反应区域。

已研发更多最近形式的元素碳，比如富勒烯，并且在商业应用中开始研发。与炭黑的更开放结构相比，富勒烯由碳生成为闭合的石墨烯结构，即，其中边结合至其他边，形成球、管和类似物。碳纳米纤维和碳纳米管这两种结构具有许多的潜在应用，范围从电池组和电子器件至用于建筑工业中的混凝土。碳纳米材料可具有单壁石墨烯或多嵌套壁石墨烯或以杯或盘形式由叠堆薄片组形成纤维结构。在类富勒烯构造中，碳纳米管的末端通常用半球形结构封端。与炭黑不同，用于碳纳米材料的大规模生产方法还没有实现。然而，对许多提出的生产方法进行了研究。

基于电弧、基于激光的烧蚀技术和化学气相沉积已被经典地用于从碳表面产生碳纳米管。例如，在Karthikeyan等，“碳纳米管的大规模合成(Large Scale Synthesis ofCarbon Nanotubes)”，E-Journal of Chemistry，2009，6(1)，1-12中综述了产生碳纳米管的技术。在描述的一种技术中，在存在金属催化剂的情况下使用电弧从电极气化石墨，达到约1克/分钟的生产率。描述的另一种技术使用激光烧蚀以在惰性气体流中从靶电极气化碳。然而，激光技术使用高纯度石墨和高功率激光，但是提供低产量的碳纳米管，使得大规模合成不实际。作者描述的第三种技术基于化学气相沉积(CVD)，其中在存在催化剂的情况下烃被热分解。在一些研究中，这些技术已实现高至几千米/小时的生产率，纯度水平为70％。然而，描述的这些方法对于大规模商业生产都不实用。

烃裂解被用于炭黑和多种碳纳米管和富勒烯产品的生产。存在多种通过烃的裂解产生和获得多种形式的固态碳的方法，使用温度、压力和催化剂的存在控制所得固态碳的形态。例如，Kauffman等(美国专利号2,796,331)公开了在存在过剩氢的情况下使用硫化氢作为催化剂由烃制造多种形式的纤维状碳的方法，和在固体表面上收集纤维状碳的方法。Kauffman也声明使用焦炉气作为烃来源。