[实用新型]热电载气三联供的可移动式碳纳米管薄膜制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高分子材料加工设备技术领域，具体涉及一种热电载气三联供的可移动式碳纳米管薄膜制备装置。

背景技术

碳纳米管（CNT），自1991年在高分辨率电镜下发现以来，便引起了全世界的广泛关注和极大的研究兴趣。作为一种新型的纳米材料，由于其独特的几何结构与电子能带结构带来了诸多优异的性能如强度高、比表面大、热传导率高、载流子迁移率高等，这些优异的性能使得碳纳米管在众多领域存在着巨大的应用前景和潜力。碳纳米管薄膜是实现碳纳米管广泛应用的一种重要的宏观形态，是由大量碳纳米管互相缠绕连接形成的厚度介于几纳米至微米毫米尺度几十纳米的宏观薄膜材料，可应用于电子、能源、智能传感、复合材料、航空航天等重要领域。

碳纳米管薄膜的制备过程是将含有碳源原料、催化剂和促进剂的反应物以及载气分别注入反应室，在高温下（一般为1100-1600℃）反应生成碳纳米管聚集体，然后进入收集室，碳纳米管聚集体层层缠绕在收集装置的表面而形成一定厚度的碳纳米管薄膜。其中，温度是影响碳纳米管薄膜性能的主要因素。现有技术中，反应室的加热主要是采用电阻丝加热器或电磁感应加热器，其缺陷是：1）均完全依靠外接电源供电，功率大、电能消耗大，成本高；2）电阻丝加热达到预定温度耗时较长、效率较低、受热不均匀且使用寿命短、易损坏。由此，现有的加热装置均完全依靠电能实现加热，难以实现节能改造；另一方面，按照固有的思维，目前碳纳米管薄膜的生产设备只能完全依靠外接电源供电，这些造成整台设备的电能消耗非常巨大，并不能实现真正意义上的节能和环保，特别是由于外接电源必须在固定场地使用，因此，传统的碳纳米管薄膜生产设备的可移动便捷性大大受限。此外，反应过程中需要通入一定流量的载气作为反应的保护气体，载气一般为氢气或氮气，因此需要使用氮气罐或氢气瓶作为气源，不仅成本较高，而且氮气罐或氢气瓶的运输上存在安全隐患。

随着新能源技术的发展，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别在的电解水制氢工艺。中国发明专利201310340475.0（申请人：上海合既得动氢机器有限公司）公开了一种甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气在重整器的重整室内，在350-570℃温度下、1-5MPa的压力条件下，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：(1)CH3OH→CO+2H2；(2)H2O+CO →CO2+H2；(3)CH 3OH+H2O→CO2+3H2，重整反应生成的H2和CO2，再经过分离室的钯膜分离器将H2和CO2分离，得到高纯氢气。中国发明申请201410622203.4（申请人：上海合既得动氢机器有限公司），公开了一种基于甲醇水制氢系统的发电机及其发电方法，该发电机采用燃料电池作为发电设备，上述甲醇水制氢系统得到的高纯氢气输送至该燃料电池，氢气与空气中的氧气发生电化学反应从而产生电能。在上述甲醇水制氢及发电系统中，甲醇与水蒸气的重整制氢反应的过程中，由于重整器内需要维持350-570℃温度，甲醇水重整反应生成的H2和CO2，经过钯膜分离器分离出氢气后，剩下的CO2以及未反应的水汽从系统中排出，这些排出的余气具有非常高的热量，其温度通常在300-600℃之间，如果直接排放出去，将严重浪费了大量的热能，使甲醇水原料利用率较低。

因此，如何利用甲醇水制氢发电技术的特点，并将其应用到传统的碳纳米管薄膜生产设备以实现在高能耗、完全依赖外接电源、使用受场地限制等方面的改进，将是突破固有思维的新的研究方向。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种热电载气三联供的可移动式碳纳米管薄膜制备装置，其利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的氢气、热能和电能实现了碳纳米管薄膜制备装置的热、电、载气三联供以及智能化调控，不仅节能环保，而且不依赖传统外接电源，成为便捷可移动式设备。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：