[发明专利]一种纯化碳纳米管粉体的装置和方法

说明书

本发明公开了一种纯化碳纳米管粉体的装置，包括加料料斗、溢流管和至少一级纯化槽系统，所述纯化槽系统包括电源、纯化槽、搅拌棒、阳极、阴极和隔膜，所述搅拌棒设有螺旋叶片，所述阳极为片状或丝状结构，均匀镶嵌在螺旋叶片上，并通过导线与电源正极连接，所述阴极设置在纯化槽内侧壁，并通过导线与电源负极连接，所述隔膜设置在螺旋叶片和阴极之间，用于将纯化槽中的碳纳米管粉体悬浮液和阴极隔开。本发明还公开了一种采用上述装置进行纯化处理的方法。本发明的装置及方法，能有效减小纯化过程中对碳纳米管粉体结构表面造成损伤，并能连续规模化生产纯化碳纳米管粉体，具有高效、低成本和无废液等特点，适合规模化推广应用。

技术领域

本发明涉及纳米材料制造领域，具体涉及一种纯化碳纳米管粉体的装置和方法。

背景技术

碳纳米管是一种径向尺寸约为2-20纳米、轴向尺寸为微米的一维纳米碳材料。他主要由呈六边形排列的碳原子构成的数层到数十层的同轴圆管，两端基本都处于封口状态。根据材料的组成元素及其独特纳米结构，碳纳米管在导电导热、强度、韧性、尺寸、化学及热稳定性等方面都表现出独特的特点，并在能源材料、电子电力、复合材料、航天航空等领域表现出很好的应用前景。

时至今日，人们已经开发了多种制备碳纳米管粉体的方法，在这些方法中一般要用到含钴、镍和铁等催化剂，以便能提升生产效率，得到外形和性能满足要求的碳纳米管粉体材料。在碳纳米管粉体中，通常存在所使用的催化剂以及其他诸如非碳纳米管碳材料杂质，这些成分的存在将影响碳纳米管粉体的应用性能。为此，人们研究了物理分离、化学氧化、气相氧化等方法来提纯所得到的碳纳米管粉体。

其中，液相氧化法是常用的纯化碳纳米管粉体方法，所利用氧化性酸包括硝酸、硫酸、硫酸/硝酸混合物、硫酸/高锰酸钾等对粉体进行氧化处理，在除掉碳纳米管粉体中一些残余碳物质的同时，也能够酸溶解掉其中残余的金属催化剂颗粒。液相氧化法虽然可以除去副产物，但是由于所使用酸的强氧化性，也很容易改变碳纳米管的表面组成结构，生成酸性含氧功能团，这对碳纳米管分子在电子、力学和材料学等方面的应用非常不利。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提供一种纯化碳纳米管粉体的装置，能有效减小对碳纳米管粉体结构表面造成损伤，并能连续规模化生产纯化碳纳米管粉体。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种纯化碳纳米管粉体的装置，包括加料料斗、溢流管和至少一级纯化槽系统，所述纯化槽系统包括电源、纯化槽、搅拌棒、阳极、阴极和隔膜，所述纯化槽顶部具有和溢流管连接的溢流口，所述纯化槽底部具有和溢流管或加料料斗连接的加料口，所述搅拌棒外接动力装置，两端分别转动连接在纯化槽的顶面和底面，其上设有螺旋叶片，所述阳极为片状或丝状结构，均匀镶嵌在螺旋叶片上，并通过导线与电源正极连接，所述阴极设置在纯化槽内侧壁，并通过导线与电源负极连接，所述隔膜设置在螺旋叶片和阴极之间，用于将纯化槽中的碳纳米管粉体悬浮液和阴极隔开。

进一步地，所述搅拌棒及其上面的螺旋叶片由耐酸并抗氧化的塑料材料制成。

进一步地，所述电源为脉冲电源，所述阳极由金属铂或表面镀铂的金属材料制成。

本发明的另一目的在于一种纯化碳纳米管粉体的方法，其包括以下步骤：

步骤1：把碳纳米管粉体加入到含2％稀硫酸或醋酸、5～10％硫酸钠的溶液中制备成碳纳米管粉体悬浮液；

步骤2：将制备好的碳纳米管粉体悬浮液通过加料料斗连续加入到纯化槽中，通电，在螺旋叶片的搅拌下进行电解纯化，电解纯化后碳纳米管粉体悬浮液经溢流口进入到下一级纯化槽中再次电解纯化；

步骤3：将经过多级纯化槽处理达到纯化要求后的碳纳米管粉体悬浮液过滤掉滤液，再经三级水洗烘干处理，得到纯化的碳纳米管粉体。