CN106379884A - 一种碳纳米管分化提取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管分化提取装置，包括石墨粉尘溶液池，活动管道的管口处设置冷凝头，活动管道下方设置有循环摩擦机构，摩擦履带与冷凝头接触，摩擦履带的下表面处设置有浆液池，浆液池外设置有分离装置，分离装置包括分离容器，分离容器内设置有吸管,吸管上设置有吸孔。与现有技术相比，本发明的利用冷凝头对活动管道控制释放出的石墨粉尘溶液进行快速冷冻，冷冻的石墨粉尘溶液在驱动臂的驱动下不断摩擦到摩擦履带，石墨粉尘在摩擦履带上留下了薄碳粉层，摩擦履带通过不断的转动，将带有薄碳粉层的部分带入浆液池，收集的薄碳粉层进入分离容器，得到石墨烯和碳纳米管。

Description

一种碳纳米管分化提取装置

技术领域

本发明涉及一种工业原料获取装置，特别是一种碳纳米管分化提取装置，属于新能源材料制备领域。

背景技术

石墨烯是新兴的纳米碳材料，自2004 年被发现以来，引起了科学界和工业界的广泛关注。他具有独特的二维晶体结构和极高的电荷迁移速率，同时它还具有比表面积大、化学性质稳定、高透光性、高机械强度等优点，被认为是最有应用前景的材料之一。碳纳米管也是一种新型的具有纳米尺度的一维碳材料，拥有完整的分子结构，有着和石墨烯相似的很多优越的电学和机械性能。将前述两种材料复合起来会产生很多的优势，如 ：碳纳米管可 以改善石墨烯连接之间的电子输运，石墨烯增加了碳管的导电通路，使导电性大幅提高；碳 纳米管形成网络结构，可以增大复合体系透光性；碳管可以填充石墨烯的空隙，增大材料密 度和空间占有率，利于提高锂电池的体积容量 ；碳纳米管可以提高复合材料的容量，石墨烯 改善循环稳定性 ；合理调配石墨烯和碳纳米管之间的比例，可以直接调节复合体系的性能。例如，2003 年 Weber 等（J Appl Polym Sci.,2003,88,112.）提出将碳纤维和石墨复合起来 提高材料整体的热导率，2008 年 Mo Song 等（Adv.Mater.2008,20,1706）将碳纳米管和还原 的氧化石墨烯复合制备透明导电膜提高材料的透明导电特性。

近年来将石墨烯和碳纳米管复合的方法和应用的文章和报道很多，其主要方法包括直接超声分散复合，以及利用化学气相沉积（CVD）在石墨烯薄膜基底上生长碳纳米管。但是其均存在一定的缺陷，比如 ：采用氧化还原石墨烯（rGO）与碳管复合，由于 rGO 本身结构 受到破坏，导电性差，不利于整个体系的导电性 ；而采用超声分散的，对比例的控制无法精 确，且二者复合不会非常紧密 ； 又及，采用 CVD 法生长，无法得到混合体系的粉末，产量低 且成本高昂，对推广这种材料的应用有很大的限制。

如201010206466.9 的一种用于生产球形石墨的自动球化装置,主要由自动供料装置、粉体系统和球化系统、粉尘回收系统和物料收集系统构成,物料从自动供料装置进入粉体系统,处理后依次进入球化系统和物料收集系统,全程通过密封管道依序进行,由负压抽风机提供动力,生产过程中效率高,无污染。本发明能实现从供料、粉体、球化、分离、产品回收和粉尘回收的全自动控制,制得石墨粉的颗粒为球形,石墨粉的表面具有开口,振实密度、比表面积及粒度分布均可按照生产前的设定值生产,质量稳定,产率可提高3倍以上,节能40%以上,降低成本60%以上,无粉尘泄漏,噪音小，这种制备方法虽然利用了天然鳞片对石墨实施碰撞、剪切、气流摩擦、卷曲、团聚、密实，但得到的石墨颗粒较大，在中大颗粒石墨上取得的石墨烯和碳纳米管含量较小，而且纯度低。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可获得高纯度碳纳米管的摩擦分化处理分离提取。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种碳纳米管分化提取装置，包括石墨粉尘溶液池，所述石墨粉尘溶液池下部设置有具有控制水流量功能的活动管道，所述活动管道的管口处设置冷凝头，活动管道上还设置有用于驱动活动管道进行往复活动的驱动臂，所述活动管道下方设置有循环摩擦机构，所述循环摩擦机构包括两个转动轮，围绕两个所述的转动轮设置摩擦履带，两个转动轮共同带动摩擦履带转动，所述摩擦履带的上表面与冷凝头接触，摩擦履带的下表面处设置有浆液池，所述浆液池内盛有清洗液，摩擦履带的下表面浸入清洗液，驱动臂带动活动管道在不断转动的摩擦履带上进行往复摩擦，将冷凝头上带有石墨粉的冰冻完全涂擦在摩擦履带上；所述浆液池外还设置有分离装置，所述分离装置包括连通浆液池的分离容器，所述分离容器中心位置设置有转轴，所述转轴上设置有搅拌桨，分离容器内设置有吸管,所述吸管沿分离容器的底部和边壁设置，吸管位于分离容器底部和边壁下部位置的部分上设置有吸孔。

作为更进一步的优选方案，所述浆液池内设置有气泡喷管，所述气泡喷管朝向摩擦履带喷射气泡。

作为更进一步的优选方案，所述气泡喷管的管口处设置有柔性毛刷，所述柔性毛刷在气泡喷管喷射的气泡带动下接触摩擦履带。

作为更进一步的优选方案，所述冷凝头间歇性降温冷冻活动管道释放出的石墨粉尘溶液。

有益效果

与现有技术相比，本发明的一种碳纳米管分化提取装置，利用冷凝头对活动管道控制释放出的石墨粉尘溶液进行快速冷冻，冷冻的石墨粉尘溶液在驱动臂的驱动下不断摩擦到摩擦履带，石墨粉尘在摩擦履带上留下了薄碳粉层，摩擦履带通过不断的转动，将带有薄碳粉层的部分带入浆液池，从而进行收集，而分离容器通过内部旋转分离，可以将碳纳米管或部分石墨烯与其他物质区分，利用吸管收集，具体具有以下优点：

1.冷凝头将石墨粉尘溶液冷冻成包裹冷凝头的冰块，利用液体凝固后成为相对较硬的冰块固体，稳定住石墨粉尘溶液中的石墨粉尘，在摩擦履带上摩擦，相比石墨粉尘直接摩擦可以保证每颗石墨颗粒都能全部摩擦完，不会出现个别石墨颗粒因为没有有效固定起来或受力不均而没能得到充分摩擦，从而产生大量小颗粒石墨，而在摩擦履带形成一层一层的薄碳粉层中含有的石墨烯和碳纳米管含量就相对较高，小颗粒石墨和杂质就相对较少。

2.浆液池内的清洗液可以将一层一层的薄碳粉层纳入浆液池，配合气泡喷管，利用气泡与摩擦履带的撞击产生各个方向上的推力，进一步将薄碳粉层冲入浆液池，气泡不会对薄碳粉层中的石墨烯和碳纳米管进行过多的物理干扰，保证了石墨烯和碳纳米管的物理形态，而柔性毛刷可以在气泡的推动下进一步刷洗摩擦履带，提高对薄碳粉层的冲刷效率。

3.由于碳纳米管和部分石墨烯的粒度要大于超细石墨粒子、碳纳米球、无定形碳等杂质，因此在离心分离后，碳纳米管和部分较大石墨烯会分离集中在分离容器的下部分边壁处和底部，使用吸管快速收集可以得到纯度较高的碳纳米管和石墨烯。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中，1-石墨粉尘溶液池，2-活动管道，3-冷凝头，4-驱动臂，5-转动轮，6-摩擦履带，7-浆液池，8-气泡喷管，9-柔性毛刷，10-分离容器，11-转轴，12-搅拌桨，13-吸管，14-吸孔。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

如图所示，本发明的一种碳纳米管分化提取装置，包括石墨粉尘溶液池1，所述石墨粉尘溶液池1下部设置有具有控制水流量功能的活动管道2，活动管道2上一般装有水流控制阀，所述活动管道2的管口处设置冷凝头3，活动管道2上还设置有用于驱动活动管道2进行往复活动的驱动臂4，所述活动管道2下方设置有循环摩擦机构，所述循环摩擦机构包括两个转动轮5，围绕两个所述的转动轮5设置摩擦履带6，两个转动轮5共同带动摩擦履带6转动，所述摩擦履带6的上表面与冷凝头3接触，摩擦履带6的下表面处设置有浆液池7，所述浆液池7内盛有清洗液，摩擦履带6的下表面浸入清洗液，驱动臂4带动活动管道2在不断转动的摩擦履带6上进行往复摩擦，将冷凝头3上带有石墨粉的冰冻完全涂擦在摩擦履带6上；

所述浆液池7外还设置有分离装置，所述分离装置包括连通浆液池7的分离容器10，所述分离容器10中心位置设置有转轴11，所述转轴11上设置有搅拌桨12，分离容器10内设置有吸管13,所述吸管13沿分离容器10的底部和边壁设置，吸管13位于分离容器10底部和边壁下部位置的部分上设置有吸孔14。

所述浆液池7内设置有气泡喷管8，所述气泡喷管8朝向摩擦履带6喷射气泡。

所述气泡喷管8的管口处设置有柔性毛刷9，所述柔性毛刷9在气泡喷管8喷射的气泡带动下接触摩擦履带6。

所述冷凝头3间歇性降温冷冻活动管道2释放出的石墨粉尘溶液。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种碳纳米管分化提取装置，其特征在于：包括石墨粉尘溶液池（1），所述石墨粉尘溶液池（1）下部设置有具有控制水流量功能的活动管道（2），所述活动管道（2）的管口处设置冷凝头（3），活动管道（2）上还设置有用于驱动活动管道（2）进行往复活动的驱动臂（4），所述活动管道（2）下方设置有循环摩擦机构，所述循环摩擦机构包括两个转动轮（5），围绕两个所述的转动轮（5）设置摩擦履带（6），两个转动轮（5）共同带动摩擦履带（6）转动，所述摩擦履带（6）的上表面与冷凝头（3）接触，摩擦履带（6）的下表面处设置有浆液池（7），所述浆液池（7）内盛有清洗液，摩擦履带（6）的下表面浸入清洗液，驱动臂（4）带动活动管道（2）在不断转动的摩擦履带（6）上进行往复摩擦，将冷凝头（3）上带有石墨粉的冰冻完全涂擦在摩擦履带（6）上；所述浆液池（7）外还设置有分离装置，所述分离装置包括连通浆液池（7）的分离容器（10），所述分离容器（10）中心位置设置有转轴（11），所述转轴（11）上设置有搅拌桨（12），分离容器（10）内设置有吸管（13),所述吸管（13)沿分离容器（10）的底部和边壁设置，吸管（13)位于分离容器（10）底部和边壁下部位置的部分上设置有吸孔（14）。

2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管分化提取装置，其特征在于：所述浆液池（7）内设置有气泡喷管（8），所述气泡喷管（8）朝向摩擦履带（6）喷射气泡。

3.根据权利要求2所述的一种碳纳米管分化提取装置，其特征在于：所述气泡喷管（8）的管口处设置有柔性毛刷（9），所述柔性毛刷（9）在气泡喷管（8）喷射的气泡带动下接触摩擦履带（6）。

4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管分化提取装置，其特征在于：所述冷凝头（3）间歇性降温冷冻活动管道（2）释放出的石墨粉尘溶液。