[发明专利]一种耦合流化床碳纳米管高效连续制备方法

说明书

本发明涉及涉及材料制备技术领域，具体涉及一种耦合流化床碳纳米管高效连续制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将催化剂还原活化反应器置于碳纳米管反应器内，借助碳纳米管生长过程中产生的裂解气体余热完成催化剂的还原活化，再将催化剂连续导入流化床碳化反应器中，碳纳米管生长反应在带环流的中间环流流化床反应器内进行，所制得的碳纳米管聚集体大颗粒由下部流化床收集器进行收集，之后将收集的碳纳米管连续均匀地从流化床碳化反应器中移出，即得产品，本发明将催化剂还原活化及碳化反应耦合于一体，在碳化过程中完成催化剂的还原活化，节省操作时间，提高整个反应装置的效率，避免催化剂由于脉冲气流喷射方式进料造成的破碎。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种耦合流化床碳纳米管高效连续制备方法。

背景技术

碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，成为近二十年来研究的热点。到目前为止，制备碳纳米管已有多种方法，但最主要的方法只有三种，即电弧法、激光烧蚀法和气相化学沉积法。气相化学沉积法是以纳米级铁、银等作为催化剂，低碳烃、碳氧化合物或一氧化碳为原料气，在高温下发生催化裂解反应生长碳纳米管的方法。该方法所生产碳纳米管纯度高、规格可控制，且易于工业放大，被认为是最有开发前景的制备碳纳米管的方法。

碳纳米材料得到广泛应用的前提是低成本批量技术的发展和不断成熟，目前在碳纳米管生产方面多采用气相化学沉积法，其采用流化床反应器进行生产，但在碳纳米管制备前，还需对其催化剂进行还原活化。但每批次碳纳米管制备所需要的催化剂量少，且还原活化条件特殊，需要在另外一个单独的反应器中进行，过程繁琐、复杂，并不能实现真正意义上的连续化制备。另外，将还原活化好的催化剂往碳化反应器输送转移的过程中易造成催化剂颗粒的破碎，因此会改变碳管的生长形貌和速度。碳纳米管生产每批次的操作时间长，整个反应装置的效率不高。同时，流化床反应器因温度分布特性和烃类气体高温裂解反应的吸热特性，不能实现碳纳米管的高产量生产。因此，有必要提供一种新的高效连续化制备方法，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明提供了一种耦合流化床碳纳米管高效连续制备方法，所述制备方法将催化剂还原活化及碳化反应耦合于一体，在碳化过程中完成催化剂的还原活化，节省操作时间，提高整个反应装置的效率，避免催化剂由于脉冲气流喷射方式进料造成的破碎。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种耦合流化床碳纳米管高效连续制备方法，包括以下步骤：将由导热性能良好的金属材料制成的催化剂还原活化反应器置于碳纳米管反应器内，借助碳纳米管生长过程中产生的裂解气体余热完成催化剂的还原活化，再将还原活化的催化剂连续导入流化床碳化反应器中，所述流化床碳化反应器由顶部沉降段、中间环流流化床反应器、下部流化床收集器三部分构成，碳纳米管生长反应在内径较大的带环流的中间环流流化床反应器内进行，所制得的碳纳米管聚集体大颗粒由下部流化床收集器进行收集，之后将收集的碳纳米管连续均匀地从流化床碳化反应器中移出，即得产品。

优选地，所述所述催化剂通过螺杆传送的方式连续均匀地送至催化剂还原活化反应器中，控制催化剂还原活化反应器的温度为350～650℃，通入氢气与载气的混合气体到所述反应器内，所述混合气体中氢气与载气的体积比为1：0.5～2.0，还原活化反应的空速为1～15h^-1，气体线速为0.05～2.0m/s，所述载气为氮气或氩气。

优选地，所述催化剂还原活化反应器的底部侧面设置有气动开启的板式密封阀，其间断性地定期开启，通过在顶部施加一脉冲气流，以同样的质量流率将还原活化的催化剂传送到流化床碳化反应器中。