[发明专利]碳纳米管流化提纯工艺方法及流化床反应装置

说明书

本发明中公开了一种碳纳米管流化提纯工艺方法及流化床反应装置，本发明的工艺和装置可很好地解决流化床提纯工艺中存在的因金属氯化物凝华容易造成流化系统尾气管堵塞以及氯气利用率低的问题，从而可很好地适用于碳纳米管的连续工业化生产，可实现50釜(每釜50kg)以上的连续化提纯操作，并且可有效提高氯气的利用率，保证碳纳米管提纯处理的质量。

技术领域

本发明涉及碳纳米管纯化技术领域，特别涉及一种碳纳米管流化提纯工艺方法及流化床反应装置。

背景技术

碳纳米管由于具有优异的导电性和力学性能，较好的物理与化学稳定性，较低的密度，在锂离子电池导电剂、电子器件、高性能复合材料、催化剂载体等领域具有广泛的应用前景。现今，通过化学气相沉积(CVD)技术，碳纳米管已实现了批量化低成本生产。但是CVD方法生产碳纳米管需要使用以Fe、Co、Ni、Mo等过渡金属作为活性成份的催化剂，因而所得碳管粉体中会残留上述金属元素，这些残留金属大部分存在于碳纳米管一端，少部分被石墨碳或无定型碳包裹。这些残留金属元素严重制约了碳纳米管在锂离子电池、半导体器件等对金属杂质含量要求高的行业中的应用。

目前碳纳米管工业化提纯方法主要有两种：一种是空气氧化+酸洗的提纯方法，主要是用先空气氧化，打开被碳包覆的金属催化剂，再通过硝酸、硫酸或盐酸中的一种或几种混合强酸将残留金属催化剂溶解，再过滤分离；这种方法所提纯的碳纳米管中的单个催化剂金属元素含量能达到100ppm，这是现今应用最广泛的方法，技术成熟，但所得产物中金属杂质含量偏高，所得产物板结，不利于分散，此外，该方法产生了大量的废液，环境污染严重。第二种方法是采用高温热处理，在1500℃以上高真空或惰性气体环境下对碳纳米管进行热处理，使碳管中的金属杂质直接气化，从而达到提纯碳纳米管的目的，虽然这种方法得到的碳纳米管纯度极高，但能耗较大，且对气氛中氧气含量要求极高。

发明专利申请CN101631744A公开了一种利用氯气去除碳材料中金属杂质的方法，利用金属氯化物的沸点远低于其单质或氧化物沸点的原理(如表1所示)，使碳纳米管中残留金属与氯气进行反应，生成金属氯化物在高温下气化，可使碳纳米管中金属含量从50％降低到0.08％。该方法利用上述原理能很好地去除碳纳米管中的金属杂质，但在工业生产中要降低金属的含量就需要氯气能够与碳纳米管之间能够充分混合、反应，同时需要保证反应过程中的氧气含量足够低以及装置良好的密封性能，因此在将该方法应用到碳纳米管提纯的工业化生产过程中存在很多的问题，限制了该方法的工业化应用。

表1碳纳米管中残留催化剂金属元素的气化温度情况