一種碳納米管連續式生產設備及方法
【專利摘要】本發明公開了一種碳納米管連續式生產設備，包括：連續進料裝置；能夠與連續進料裝置連通的立式加熱爐體；連接于立式加熱爐體底部，且與立式加熱爐體連通的立式冷卻室；連接于立式冷卻室底部，且與立式冷卻室連通的臥式收料室，臥式收料室上開設有出料密封門；通過第一尾氣管道與臥式收料室連通的旋風分離器，旋風分離器的底部具有物料收集裝置；密封水箱，密封水箱具有排氣裝置，且密封水箱內設置有盛水裝置；第二尾氣管道，第二尾氣管道的第一端與旋風分離器密封連通，第二端沒入盛水裝置的水中。本發明中的設備實現了碳納米管的連續式生產，從而實現了碳納米管的批量化生產。本發明還公開了一種碳納米管連續式生產方法。
【專利說明】一種碳納米管連續式生產設備及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及碳納米管生產領域，更具體地說，涉及一種碳納米管連續式生產設備及方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。可望在高強度復合結構材料、納米結構電子器件、熱電材料、電池電極材料、低溫高靈敏度傳感器、生物分子載體、催化劑載體等領域中發揮重要作用。
[0003]但是，在現階段，制備碳納米管的設備仍以某種特定碳納米管的專用裝置為主，其功能單一、生產方式為間歇式或半連續式，因此，無法實現碳納米管的批量化生產。
[0004]因此，如何設計一種碳納米管的連續式生產設備，實現碳納米管的批量化生產，是本領域技術人員亟待解決的關鍵性問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種碳納米管的連續式生產設備，從而實現碳納米管的批量化生產。
[0006]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]一種碳納米管連續式生產設備，包括:
[0008]連續進料裝置；
[0009]能夠與所述連續進料裝置連通的立式加熱爐體；
[0010]連接于所述立式加熱爐體底部，且與所述立式加熱爐體連通的立式冷卻室；
[0011]連接于所述立式冷卻室底部，且與所述立式冷卻室連通的臥式收料室，所述臥式收料室上開設有出料密封門；
[0012]通過第一尾氣管道與所述臥式收料室連通的旋風分離器，所述旋風分離器的底部具有物料收集裝置；
[0013]密封水箱，所述密封水箱具有排氣裝置，且所述密封水箱內設置有盛水裝置；
[0014]第二尾氣管道，所述第二尾氣管道的第一端與所述旋風分離器密封連通，第二端沒入所述盛水裝置的水中。
[0015]優選地，所述連續進料裝置包括:
[0016]設置于所述立式加熱爐體頂部的進料噴嘴；
[0017]溶液瓶；
[0018]液壓泵，所述液壓泵的進液端與所述溶液瓶連通，所述液壓泵的出液端與所述進料噴嘴連通。
[0019]優選地，所述排氣裝置包括:
[0020]開設于所述密封水箱上的排氣口 ；
[0021 ] 與所述排氣口連通的點火控制裝置。
[0022]優選地，所述密封水箱上設置有與所述盛水裝置連通的進水管；
[0023]還包括設置于所述密封水箱內的錐形斗，所述盛水裝置固定于所述錐形斗內，所述錐形斗上設置有排水管。
[0024]優選地，所述密封水箱具有可打開的水箱蓋。
[0025]本發明還公開了一種碳納米管連續式生產方法，基于上述任一項所述的碳納米管連續式生產設備，其特征在于，包括步驟:
[0026]1)將有機金屬化合物與有機溶液混合制得混合液；
[0027]2)調節盛水裝置中的水位，使設備內的壓強維持在工作壓強；
[0028]3)升溫，使所述立式加熱爐體內的溫度升高至工作溫度；
[0029]4)將所述混合液連續注入所述立式加熱爐體內，同時將氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體連續導入所述立式加熱爐體內。
[0030]優選地，所述工作壓強為2000Pa?3000Pa正壓；所述工作溫度為1000 V?1500°C ;所述有機金屬化合物為酞菁鐵、羰基鐵和二茂鐵中的一種或幾種；所述有機溶劑為乙醇、苯和二甲苯溶液中的一種或幾種。
[0031]優選地，在所述升溫的過程，待溫度升高至300°C時，向所述立式加熱爐體內通入氮氣進行洗爐。
[0032]優選地，所述步驟4)具體為:
[0033]將所述混合液過濾后置于所述溶液瓶中，啟動所述液壓泵，開啟所述進料噴嘴，同時使所述氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體導入所述進料噴嘴中。
[0034]優選地，還包括:
[0035]待生產結束后，打開所述臥式收料室的出料密封門，收集碳納米管；
[0036]打開所述旋風分離器的物料收集裝置，收集碳納米管；
[0037]打開所述密封水箱的水箱蓋，將漂浮于所述盛水裝置水面上的碳納米管收集出。
[0038]從上述技術方案可以看出，在連續進料的過程中，生成的碳納米管不斷地沉積到臥式收料室內，旋風分離器持續地對尾氣進行分離，分離出的碳納米管聚集到旋風分離器底部的物料收集裝置中。密封水箱內排氣裝置和盛水裝置維持整個設備內的壓強始終處于設定的工作壓強。很明顯，本發明中的設備實現了碳納米管的連續式生產，從而實現了碳納米管的批量化生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1為本發明一具體實施例提供的碳納米管連續式生產設備結構示意圖。
[0041]其中，11為立式加熱爐體、12為立式冷卻室、13為臥式收料室、2為第一尾氣管道、3為旋風分離器、4為第二尾氣管道、5為密封水箱、51為盛水裝置、52為錐形斗、6為點火控制裝置、7為溶液瓶、8為液壓泵、9為進料噴嘴。
【具體實施方式】
[0042]本發明提供了一種碳納米管連續式生產設備，該設備實現了碳納米管的連續式生產，從而實現了碳納米管的批量化生產。
[0043]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0044]請參考圖1，圖1為本發明一具體實施例提供的碳納米管連續式生產設備結構示意圖。
[0045]在本發明一具體實施例中，碳納米管連續式生產設備包括:連續進料裝置、立式加熱爐體11、立式冷卻室12、臥式收料室13、密封水箱5以及設置于密封水箱5內的盛水裝置51。
[0046]其中，連續進料裝置能夠與立式加熱爐體11連通，用于向立式加熱爐體11內連續進料。立式冷卻室12連接于立式加熱爐體11的底部，且與立式加熱爐體11連通，臥式收料室13連接于立式冷卻室12的底部，且與立式冷卻室12連通。立式冷卻室12為冷卻碳納米管的過渡段，在立式加熱爐體11內生成的碳納米管經過立式冷卻室12的冷卻，最終沉積在臥室收料室13內。旋風分離器3通過第一尾氣管道2與臥室收料室13連通，即第一尾氣管道2的一端連通旋風分離器3，另一端連通臥室收料室13。尾氣沿著第一尾氣管道2進入到旋風分離器3中，在離心力的作用下，尾氣中的碳納米管沉積到旋風分離器3底部的物料收集裝置中。密封水箱5上設置有排氣裝置，密封水箱5內設置有盛水裝置51，第二尾氣管道4的第一端與旋風分離器3連通，第二端伸到盛水裝置51的水中，在爐內壓強大于設定值時，第二尾氣管道4第二端內的水柱的水面會下降，而盛水裝置51中的水面會上升，爐內多余的氣體從水中溢出后通過排氣裝置排出，多余的氣體排出后，盛水裝置51內的水面和第二尾氣管道4第二端內水柱的水面恢復到同一高度。
[0047]在本發明中，在連續進料的過程中，生成的碳納米管不斷地沉積到臥式收料室13內，旋風分離器3持續地對尾氣進行分離，分離出的碳納米管聚集到旋風分離器3底部的物料收集裝置中。密封水箱5內排氣裝置和盛水裝置51維持整個設備內的壓強始終處于設定的工作壓強。很明顯，本發明中的設備實現了碳納米管的連續式生產，從而實現了碳納米管的批量化生產。
[0048]上述中的第二尾氣管道4的第一端優選地伸入到旋風分離器3的底部。其目的在于使含有碳納米管的尾氣得到充分的分離，避免尾氣從第二尾氣管道4的第一端直接排出。
[0049]在本發明一具體實施例中，上述中的連續進料裝置包括:進料噴嘴9、溶液瓶7以及液壓泵8。
[0050]進料噴嘴9設置于立式加熱爐體11的頂部，進料噴嘴9能夠將原料均勻地噴射進立式加熱爐體11內。溶液瓶7用于盛放原料液體。液壓泵8用于將溶液瓶7中的原料液體輸送至進料噴嘴9中。在開始生產時，開啟液壓泵8，打開進料噴嘴9，即可實現物料的連續進料。
[0051]在本發明一具體實施例中，上述中的排氣裝置包括開設于密封水箱5上的排氣口以及與排氣口連通的點火控制裝置6。從水中溢出的尾氣，含有一氧化碳、氫氣等有害氣體，所以為了保護生產環境，尾氣在排放前，先經過點火控制裝置6的燃燒。
[0052]在本發明一具體實施例中，上述中的密封水箱5上設置有進水管，該進水管與盛水裝置51連通，用于向盛水裝置51內注水。本實施例中還包括設置于密封水箱5內的錐形斗，盛水裝置51設置在錐形斗內，而錐形斗上又設置有排水管。盛水裝置51內的水多次利用后變為污水，待生產結束后，打開排水管，將盛水裝置51內的污水排出，然后通過進水管向盛水裝置51內注入新鮮的水。
[0053]在本發明一具體實施例中，上述中的密封水箱5具有水箱蓋，該水箱蓋可打開。尾氣在經過盛水裝置51時，尾氣中的氣體部分從水中溢出，排走，而尾氣中的固態碳納米管則漂浮在水面上。待生產結束后，打開密封水箱5上的水箱蓋，將漂浮于水面上的碳納米管收集出，從而實現了碳納米管的二次收集，提高了碳納米管的收集效率，節約了資源。
[0054]本發明還公開了一種碳納米管連續式生產方法，該生產方法包括以下步驟:
[0055]1)將有機金屬化合物與有機溶液混合制得混合液。
[0056]本發明采用熱分解有機金屬化合物的方法來合成碳納米管，有機金屬化合物與有機溶劑的原料來源廣泛，成本低廉，無毒害，適合大規模工業生產。
[0057]2)調節盛水裝置51中的水位，使設備內的壓強維持在工作壓強。
[0058]碳納米管的生長需要特定的工作壓強，故在生產開始之前首先將爐內壓強調整至工作壓強。盛水裝置51中一定的水位對應一定的爐內壓強，故通過調節盛水裝置51中的水位，來使爐內壓強達到設定的工作壓強。
[0059]3)升溫，使所述立式加熱爐體11內的溫度升高至工作溫度。
[0060]使立式加熱爐體11的溫度升高至工作溫度，碳納米管的生長同樣需要特定的溫度。
[0061]4)將所述混合液連續注入所述立式加熱爐體11內，同時將氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體連續導入所述加熱爐體11內。
[0062]氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體作為碳源混合溶液的載體。
[0063]在本發明一具體實施例中，上述中的工作壓強優選為2000Pa?3000Pa正壓，工作溫度為1000°c?1500°C，更優選地，工作溫度為1200°C。上述中的有機金屬化合物為酞菁鐵、羰基鐵和二茂鐵中的一種或幾種，有機溶劑為乙醇、苯和二甲苯溶液中的一種或幾種。酞菁鐵、羰基鐵和二茂鐵還提供了碳納米管生長所需的催化劑Fe。乙醇、苯和二甲苯來源廣泛，成本低廉。
[0064]在本發明一具體實施例中，在對立式加熱爐體11升溫的過程中，在爐內溫度升至到300°C時，向立式加熱爐體11內通入氮氣進行洗爐。
[0065]在本發明一具體實施例中，上述中將所述混合液連續注入所述立式加熱爐體11內，同時將氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體連續導入所述立式加熱爐體11內，具體為:將混合液過濾后置于上述中的溶液瓶7中，使液壓泵的出液端與進料噴嘴9的第一個接口連通，使裝有氫氣或者氫氣與氮氣混合氣體的裝置與進料噴嘴9的第二接口連通，啟動上述中的液壓泵8，開啟上述中的進料噴嘴9，即可實現物料的連續進料。
[0066]在本發明一具體實施例中，待生產結束后，打開臥式收料室13的出料密封門，收集碳納米管；打開旋風分離器3的物料收集裝置，收集碳納米管；打開密封水箱5的水箱蓋，將漂浮于所述盛水裝置51水面上的碳納米管收集出。
[0067]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種碳納米管連續式生產設備，其特征在于，包括: 連續進料裝置； 能夠與所述連續進料裝置連通的立式加熱爐體(11)； 連接于所述立式加熱爐體(11)底部，且與所述立式加熱爐體(11)連通的立式冷卻室(12)； 連接于所述立式冷卻室(12)底部，且與所述立式冷卻室(12)連通的臥式收料室(13)，所述臥式收料室(13)上開設有出料密封門； 通過第一尾氣管道(2)與所述臥式收料室(13)連通的旋風分離器(3),所述旋風分離器(3)的底部具有物料收集裝置(31)； 密封水箱(5),所述密封水箱(5)具有排氣裝置，且所述密封水箱(5)內設置有盛水裝置(51)； 第二尾氣管道(4),所述第二尾氣管道(4)的第一端與所述旋風分離器(3)密封連通，第二端沒入所述盛水裝置(51)的水中。
2.根據權利要求1所述的碳納米管連續式生產設備，其特征在于，所述連續進料裝置包括: 設置于所述立式加熱爐體(11)頂部的進料噴嘴(9)； 溶液瓶⑵； 液壓泵(8),所述液壓泵(8)的進液端與所述溶液瓶(7)連通，所述液壓泵(8)的出液端與所述進料噴嘴(9)連通。
3.根據權利要求1所述的碳納米管連續式生產設備，其特征在于，所述排氣裝置包括: 開設于所述密封水箱(5)上的排氣口 ； 與所述排氣口連通的點火控制裝置(6)。
4.根據權利要求1所述的碳納米管連續式生產設備，其特征在于，所述密封水箱(5)上設置有與所述盛水裝置(51)連通的進水管； 還包括設置于所述密封水箱(5)內的錐形斗(52),所述盛水裝置(51)固定于所述錐形斗(52)內，所述錐形斗(52)上設置有排水管。
5.根據權利要求1-4任意一項所述的碳納米管連續式生產設備，其特征在于，所述密封水箱(5)具有可打開的水箱蓋。
6.一種碳納米管連續式生產方法，基于如權利要求1-5任一項所述的碳納米管連續式生產設備，其特征在于，包括步驟: 1)將有機金屬化合物與有機溶液混合制得混合液； 2)調節盛水裝置(51)中的水位，使設備內的壓強維持在工作壓強； 3)升溫，使所述立式加熱爐體(11)內的溫度升高至工作溫度； 4)將所述混合液連續注入所述立式加熱爐體(11)內，同時將氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體連續導入所述立式加熱爐體(11)內。
7.根據權利要求6所述的碳納米管連續式生產方法，其特征在于，所述工作壓強為2000？^?3000？3正壓；所述工作溫度為10001?15001 ；所述有機金屬化合物為酞菁鐵、羰基鐵和二茂鐵中的一種或幾種；所述有機溶劑為乙醇、苯和二甲苯溶液中的一種或幾種。
8.根據權利要求7所述的碳納米管連續式生產方法，其特征在于，在所述升溫的過程，待溫度升高至3001時，向所述立式加熱爐體(11)內通入氮氣進行洗爐。
9.根據權利要求6所述的碳納米管連續式生產方法，其特征在于，所述步驟4)具體為: 將所述混合液過濾后置于所述溶液瓶(7)中，啟動所述液壓泵(8),開啟所述進料噴嘴(9),同時使所述氫氣或者氫氣與氮氣的混合氣體導入所述進料噴嘴(9)中。
10.根據權利要求6所述的碳納米管連續式生產方法，其特征在于，還包括: 待生廣結束后，打開所述臥式收料室(13)的出料乾'封門，收集碳納米管； 打開所述旋風分離器(3)的物料收集裝置(31),收集碳納米管； 打開所述密封水箱(5)的水箱蓋，將漂浮于所述盛水裝置(51)水面上的碳納米管收集出。
【文檔編號】B82Y30/00GK104401966SQ201410710712
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】戴煜, 胡祥龍, 羊建高, 周強, 鄧軍旺, 王艷艷 申請人:湖南頂立科技有限公司