[发明专利]多级分压式连续吸附法分离催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管过程中尾气的方法及装置

说明书

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，公开了多级分压式连续吸附法分离催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管过程中尾气的方法及装置，包括以下步骤：S1、尾气的收集：利用碳纳米管裂解设备产生裂解尾气的微正压，打开单向阀，由压缩机将尾气导入吸附分离系统；S2、尾气的吸附：裂解尾气由压缩机从吸附分离装置底部导入，经由吸附分离装置内的吸附剂吸附；S3、碳源气体的分离和储存：吸附分离装置内设有压力传感器，当压力达到设定值时启动真空泵，将碳源气体从吸附剂解吸出。有益效果是：将尾气中未裂解的碳源气体分离出来，能避免浪费碳氢化合物原材料，节约制备碳纳米管的成本，且能保障碳纳米管裂解气氛不干扰，并适用于制备不同碳纳米管的尾气分离。

技术领域

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，具体涉及一种多级分压式连续吸附法分离催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管过程中尾气的方法及装置。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，其重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。由于碳纳米管具有中空的结构，可以用作微型模具。即在其内部可填充金属、氧化物等物质，制备出最细的纳米尺度的导线等，用于未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中。还可制作碳纳米管增的塑料、碳纳米管增强陶瓷复合材料、金属基复合材料，还可以做最细的试管以及能称量单个原子质量的“纳米秤”等等。

碳纳米管，又名巴基管，作为世界公认的最细的纤维，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，可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管(或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes,SWCNTs)和多壁碳纳米管(或多层碳纳米管，Multi-walledCarbon nanotubes, MWCNTs)，多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成：锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性；这些材料由于具备良好的导电性、高机械性能和高比表面积，在电化学催化和储能等可再生能源转换技术领域中占据着重要角色。

目前碳纳米管的宏量制备方法主要是催化裂解化学气相沉积法(称催化裂解法)，是在 600～1000℃的温度及催化剂的作用下，使含碳氢化合物气体原料(如甲烷、乙烯、丙烯和苯等)分解来制备碳纳米管的一种方法。此方法在较高温度下使含碳氢化合物裂解为碳原子和氢原子，碳原子在过渡金属-催化剂作用下，附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管；氢原子成为氢气与未裂解的碳氢化合物气体作为尾气排出。由于现有裂解设备的制约，碳纳米管制备过程中，仅有25％的碳氢化合物气体裂解，生成碳纳米管和氢气，75％的碳源气体未裂解，成为尾气排出，不仅污染环境，而且浪费碳氢化合物原材料，增加制备碳纳米管的成本。

因此，提出一种多级分压式连续吸附法分离催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管过程中尾气的方法及装置，通过采用特殊的吸附剂进行气气分离，将尾气中未裂解的碳源气体分离出来，进而避免浪费碳氢化合物原材料，节约制备碳纳米管的成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足提供一种多级分压式连续吸附法分离催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管过程中尾气的方法及装置，能利用吸附剂将碳纳米管制备过程中的尾气进行分离，将尾气中未裂解的碳源气体分离出来，避免了浪费碳氢化合物原材料，节约制备碳纳米管的成本，且能保障碳纳米管裂解气氛不受尾气分离部分工作的干扰，并适用于不同催化剂和不同碳源气体制备各种碳纳米管过程中的尾气分离。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：