[发明专利]一种连续化制备高纯碳纳米管的方法及装置

说明书

本发明公开了一种连续化制备高纯碳纳米管的方法及装置，包括由上至下顺序连接的原料罐、预热反应器、纯化反应器、冷却罐；预热反应器内安装有螺旋叶片；纯化反应器内安装有螺旋滑道；纯化反应器连通有酸气进管A、惰性气体进管A；纯化反应器上部的侧壁连通有废气排管；螺旋滑道固定在支撑柱上；支撑柱为中空的圆柱。本发明的结构简单，操作方便；预热反应器能够控制未纯化的碳纳米管的预热时间，使得未纯化的碳纳米管得到充分的预热；纯化反应器内，未纯化的碳纳米管与酸性气体进行充分的反应，提纯效果好；冷却罐可回收利用纯化后的碳纳米管的余热，节约资源。

技术领域

本发明属于碳纳米管生产技术领域，特别是涉及一种连续化制备高纯碳纳米管的方法及装置。

背景技术

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管自上世纪90年代被发现以来，由于其独有的结构和特殊的物化特性以及潜在的应用前景引起了各国科学家的极大兴趣，是物理学、化学、材料学等领域的研究热点之一。

现有的制备碳纳米管的方法主要有电弧放电法、激光刻蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、火焰合成法、辉光放电法和聚合反应合成法等。在诸多的碳纳米管制备工艺中，除有些直流电弧法无需催化剂外，其他方法均需要有催化剂的参与。催化剂大多选用铁、钴、镍、锰等过渡金属及其氧化物。伴随碳纳米管的生长，金属活性组分会被碳层包覆而导致催化剂失活，因而得到的碳纳米管粗品中不可避免的残留有金属催化剂，这些金属杂质的存在会直接影响碳纳米管的性能，从而在很大程度上制约碳纳米管在诸多领域的应用。因此，为了获得高纯碳纳米管，必须对碳纳米管粗品进行提纯。

现有技术中，碳纳米管的提纯方式包括酸洗纯化、氯气提纯、高温提纯等，但均存在一定的缺点。酸洗成本相对较低，但是提纯过程产生大量污水；高温提纯能耗太大、产能较小、无法连续化生产、成本较高；氯气纯化则难以解决连续化生产、生产效率较低。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有的技术问题，提供了一种连续化制备高纯碳纳米管的方法及装置。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种连续化制备高纯碳纳米管的装置，包括由上至下顺序连接的原料罐、预热反应器、纯化反应器、冷却罐；原料罐、预热反应器、纯化反应器、冷却罐上均连接有抽气泵；预热反应器、冷却罐上均连通有保护气进管；原料罐通过连接管A与预热反应器连通，预热反应器通过连接管B与纯化反应器连通，纯化反应器通过连接管C与冷却罐连通；

原料罐的抽气泵左侧连接有排气过滤器；原料罐上端连通有进料管；

连接管A上部有下料阀A，连接管A下部有定量下料器；下料阀A上方的连接管A的管壁上，连通有保护气进管；连接管B上有下料阀B；连接管C上有下料阀C；

预热反应器内安装有螺旋叶片；

纯化反应器内安装有螺旋滑道；纯化反应器连通有酸气进管A、惰性气体进管A；纯化反应器上部的侧壁连通有废气排管；

冷却罐底部连接有排料管；排料管上有下料阀D。

优选的，所述螺旋叶片固定安装在转轴上；转轴上端固定安装传动轮，驱动电机通过传动带驱动传动轮转动；

连接管A的尾部为锥形的下料端A；下料端A的投影落在螺旋叶片上；

预热反应器底部倾斜指向右下方；连接管B位于转轴右侧。

优选的，所述螺旋滑道固定在支撑柱上；支撑柱为中空的圆柱；

支撑柱的中心安装有酸气主管；酸气主管上连通有多个酸气支管；酸气支管贯穿支撑柱的侧壁；酸气主管顶部封闭，酸气主管底部与酸气进管A连通；