CN106185873B - 智能化碳纳米管纯化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化碳纳米管纯化系统，包括盐酸溶液桶，盐酸溶液桶上方设有进料管，盐酸溶液桶内设有搅拌装置，盐酸溶液桶下端通过第一连接管与过滤釜连接，第一连接管上设有排液阀，过滤釜外壁设有进水管、控制器，进水管上设有进水阀，过滤釜内壁设有氯离子浓度传感器、超声波洗涤器，过滤釜下端连接第二连接管，第二连接管下端通过三通接头分别与排水管、循环管连接，循环管另一端与盐酸溶液桶连接，排水管上设有排水阀，循环管上设有循环泵，所述氯离子浓度传感器、进水阀、排水阀分别与控制器连接，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴、搅拌叶片，底部一排的搅拌叶片上弹性连接辅助搅拌板，本发明提高了碳纳米管的纯度，智能化程度高。

Description

智能化碳纳米管纯化系统

技术领域

本发明涉及一种智能化碳纳米管纯化系统，属于碳纳米管技术领域。

背景技术

纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。它可以耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能。纳米管既可以用作金属导电体，比金的导电性高得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。纳米管在极低的温度下还具有超导性。

纳米管的类别有：硅纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、功能化多壁碳纳米管、短多壁碳纳米管、工业化多壁碳纳米管、石墨化多壁碳纳米管、大内径薄壁碳纳米管、镀镍碳纳米管。陨石碳质晶体纳米管。

在纳米管应用于电脑运算的发展进程中，一个重要的里程碑就是把纳米管制造成电脑中所用的开关或晶体管。1998年，IBM公司所属威特森研究中心的一个研究小组即以此为目标进行了研究。研究人员证明单个的纳米管可以具有晶体管的作用，而且提高了其晶体的导电性能。

然而，应用于电脑运算也只是纳米管展露其优越性的一个方面。人们可以把这些微型管粘合在一起，制成纤维或绳索，用作超导线缆，或者塑料及其他高级材料的超强加固剂。如果纳米管具备极强的挠性、强度和恢复力，它们将可合成高性能的体育和航空材料。由于其强大的张力，它们具有弯而不折且能恢复原来形状的特殊性能。

此外，纳米管还可应用于最需要导热性能的地方。例如，电动机如果采用纳米管做散热片，其中的塑料部件就不会被高温所熔化。这种微型材料还可置入需要耐受极度高温的材料之中，如飞机和火箭外部的嵌板等。美国国家航宇和宇航局期望将纳米管置入从防热层到宇航服等各种设施之中。

能源公司对纳米管也刮目相看。纳米管可以用来制造更小、更轻、效能更高的燃料电池，它还能够用于贮存用作能源的氢气。研究人员在平玻璃片或其他材料上把无数个纳米管排列起来，让它们看起来像一片收割的整齐麦田。日本的NEC和韩国的三星公司准备将这种由纳米管组成的“田野”做成电视机的显示屏，以取代电视机所采用的老式阴极射线管。

目前，碳纳米管制备工艺主要有电弧放电法、镭射烧蚀法以及化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法以其工艺简便、成本低、纳米管可控、长度大、收集率高等特点得到广泛研究与应用。化学气相沉积法主要是运用纳米尺度的过度金属或其氧化物作为催化剂，在相对低的温度下热解含碳的气源来制备碳纳米管的。

目前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，催化剂大都选用铁、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地残留有金属催化剂。此外，在大规模的制备过程中，生成碳纳米管的同时不可避免地会有无定型碳、石墨微粒及其他形式的碳纳米颗粒等碳杂质生成，这在很大程度上制约了碳纳米管在诸多领域的应用和性质研究。因此，为了获得高纯碳纳米管，必须对碳纳米管粗品进行纯化。

中国发明专利说明书CN 105731417 A公开这样一种纯化碳纳米管的方法，所述方法包括向温度为1500-3000℃的惰性气体气氛下提供流化状态的含磁性金属催化剂氧化物的碳纳米管粗品；所述碳纳米管粗品中的磁性金属催化剂氧化物被碳还原成磁性金属颗粒；在磁场作用下吸附所述磁性金属颗粒。本发明还公开了用于纯化碳纳米管的装置，所述装置包括原料进口、惰性气体进气口、高温磁选装置、尾气出口和收料装置，所述高温磁选装置包括高温室和在高温室内形成磁场的磁铁，所述收料装置包括物料出口和收料罐，所述原料进口，惰性气体进气口和物料出口均与高温室连通。但是这种装置对碳纳米管纯化效率低，智能化程度低。

中国实用新型专利说明书CN 204727614 U公开这样一种碳纳米管的生产装置，一种自动化制备高纯碳纳米管的装置，其包括反应物输送装置、化学反应装置、收集装置、电炉温度控制系统和真空泵装置，反应物输送装置将原料、催化剂以及还原气体输送到化学反应装置中，在化学反应装置中生成碳纳米管，碳纳米管被推送到收集装置中；化学反应装置包括串联在一起的预反应器和主反应器，预反应器和主反应器由电炉温度控制系统控制其反应温度，原料、催化剂以及还原气体在预反应器内预反应生成碳纳米管，然后将碳纳米管吹入到主反应器中继续反应；预反应器的尾气通入所述主反应器中继续转化，同时向主反应器内部通入催化剂和原料。但是这种装置对碳纳米管纯化效率低，智能化程度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种智能化碳纳米管纯化系统，该智能化碳纳米管纯化系统提高了碳纳米管的纯度，智能化程度高。

为了解决上述技术问题，本发明的智能化碳纳米管纯化系统包括盐酸溶液桶、过滤釜，盐酸溶液桶上方设有进料管，盐酸溶液桶内设有搅拌装置，盐酸溶液桶下端通过第一连接管与过滤釜连接，第一连接管上设有排液阀，过滤釜外壁设有进水管、控制器，进水管上设有进水阀，过滤釜内壁设有氯离子浓度传感器、超声波洗涤器，过滤釜下端连接第二连接管，第二连接管下端通过三通接头分别与排水管、循环管连接，循环管另一端与盐酸溶液桶连接，排水管上设有排水阀，循环管上设有循环泵，所述氯离子浓度传感器、进水阀、排水阀分别与控制器连接，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴、与搅拌轴连接的若干排搅拌叶片，电机设置在盐酸溶液桶上端，底部一排的搅拌叶片上弹性连接若干个辅助搅拌板。

所述盐酸溶液桶内壁涂有防粘涂料。

所述防粘涂料采用特氟龙材料。

所述过滤釜下端呈凹形。

所述电机为减震电机。

所述辅助搅拌板通过弹簧与搅拌叶片连接。

采用这种智能化碳纳米管纯化系统，具有以下优点：

1、碳纳米管可以通过在盐酸溶液桶内与盐酸溶液反应，去掉金属离子，提高了碳纳米管的纯度；

2、由于盐酸溶液桶内设有搅拌装置，搅拌装置包括电机、搅拌轴、与搅拌轴连接的若干排搅拌叶片，底部一排的搅拌叶片上弹性连接若干个辅助搅拌板，这种搅拌装置搅拌效果较好，使反应更充分；

3、由于盐酸溶液桶与通过第一连接管与过滤釜连接，过滤釜内壁设有氯离子浓度传感器、超声波洗涤器，第二连接管下端通过三通接头分别与排水管、循环管连接，氯离子浓度传感器、进水阀、排水阀分别与控制器连接，这样可以对过滤釜中带有酸液的碳纳米管进行智能化的重复多次洗涤，直至得到纯度较高的碳纳米管。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

其中有：1. 盐酸溶液桶；2. 进料管；3. 电机；4. 搅拌轴；5. 搅拌叶片；6. 辅助搅拌板；7. 第一连接管；8. 排液阀；9. 过滤釜；10. 进水管；11. 进水阀；12. 氯离子浓度传感器；13. 超声波洗涤器；14. 控制器；15. 第二连接管；16. 三通接头；17. 排水管；18.排水阀；19. 循环管；20. 循环泵。

具体实施方式

图1所示智能化碳纳米管纯化系统包括盐酸溶液桶、过滤釜，盐酸溶液桶上方设有进料管，盐酸溶液桶内设有搅拌装置，盐酸溶液桶下端通过第一连接管与过滤釜连接，第一连接管上设有排液阀，过滤釜外壁设有进水管、控制器，进水管上设有进水阀，过滤釜内壁设有氯离子浓度传感器、超声波洗涤器，过滤釜下端连接第二连接管，第二连接管下端通过三通接头分别与排水管、循环管连接，循环管另一端与盐酸溶液桶连接，排水管上设有排水阀，循环管上设有循环泵，所述氯离子浓度传感器、进水阀、排水阀分别与控制器连接，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴、与搅拌轴连接的若干排搅拌叶片，电机设置在盐酸溶液桶上端，底部一排的搅拌叶片上弹性连接若干个辅助搅拌板。

所述盐酸溶液桶内壁涂有防粘涂料。

所述防粘涂料采用特氟龙材料。

所述过滤釜下端呈凹形。

所述电机为减震电机。

所述辅助搅拌板通过弹簧与搅拌叶片连接。

由碳纳米管制备装置得到的碳纳米管通过进料管进入到盐酸溶液桶中进行反应，搅拌装置搅拌进一步促进反应，当碳纳米管在盐酸溶液桶中反应后，打开排液阀，盐酸溶液及碳纳米管排到过滤釜中，盐酸溶液及碳纳米管经过滤釜过滤流出过滤釜，碳纳米管留在了过滤釜中，盐酸溶液通过循环泵和循环管重新排到盐酸溶液桶二次继续使用，盐酸溶液排完后关闭循环泵。此时碳纳米管上留有残余酸液，由于酸液中含有氯离子，氯离子浓度传感器检测到碳纳米管上残余酸液中的氯离子，将信号传给控制器，控制器控制打开进水阀、排水阀，进水管往过滤釜中注入去离子水对碳纳米管清洗，超声波洗涤器可以促进碳纳米管与氯离子的分离，经过多次重复清洗后，当氯离子浓度传感器检测到碳纳米管上残的氯离子浓度低于氯离子浓度传感器设定值时，氯离子浓度传感器将信号传给控制器，控制器控制关闭进水阀、排水阀，最后将纯化后的碳纳米管取出放到干燥粉碎装置中干燥、粉碎呈粉末。

本申请中没有详细说明的技术特征为现有技术。上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种智能化碳纳米管纯化系统，其特征在于：包括盐酸溶液桶、过滤釜，盐酸溶液桶上方设有进料管，盐酸溶液桶内设有搅拌装置，盐酸溶液桶下端通过第一连接管与过滤釜连接，第一连接管上设有排液阀，过滤釜外壁设有进水管、控制器，进水管上设有进水阀，过滤釜内壁设有氯离子浓度传感器、超声波洗涤器，过滤釜下端连接第二连接管，第二连接管下端通过三通接头分别与排水管、循环管连接，循环管另一端与盐酸溶液桶连接，排水管上设有排水阀，循环管上设有循环泵，所述氯离子浓度传感器、进水阀、排水阀分别与控制器连接，所述搅拌装置包括电机、搅拌轴、与搅拌轴连接的若干排搅拌叶片，电机设置在盐酸溶液桶上端，底部一排的搅拌叶片上弹性连接若干个辅助搅拌板，所述盐酸溶液桶内壁涂有防粘涂料，所述过滤釜下端呈凹形。

2.按照权利要求1所述的智能化碳纳米管纯化系统，其特征在于：所述防粘涂料采用特氟龙材料。

3.按照权利要求1所述的智能化碳纳米管纯化系统，其特征在于：所述电机为减震电机。

4.按照权利要求1所述的智能化碳纳米管纯化系统，其特征在于：所述辅助搅拌板通过弹簧与搅拌叶片连接。