CN107720725A - 一种制备碳纳米管的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纳米管制备技术领域，提供了一种制备碳纳米管的方法，其制备步骤包括：将五羰基铁和四羰基镍加入多级串联流化床中分解后得催化剂，并排出产生的一氧化碳；向多级串联流化床中加入碳源以及通入惰性气体，碳源中碳的质量与催化剂的质量之比为5～7:3～5，在600～800℃加热的条件下反应40～90min。该方法制得的复合碳纳米管品质好，且由于生成的复合碳纳米管中碳与铁镍合金具有较优质量比，有利于后续采用将铁镍合金合成为五羰基铁和四羰基镍的方法以对复合碳纳米管进行纯化。本发明还提供了一种制备碳纳米管的装置，该装置用于实施上述方法。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管的制备技术领域，具体而言，涉及一种制备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。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。纳米管作为一维纳米材料，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。目前，现有的制备碳纳米管的催化剂通常是采用铁、钼负载在三氧化二铝上，或采用铁、镍、铜负载在三氧化二铝或氧化镁上或者直接采用铁、镍等金属合金粉体，但是采用这些催化剂制得的碳纳米管性能一般，且采用这些催化剂制得的碳纳米管后期的纯化大多会经历酸洗和水洗过程，在此过程会产生较多环保问题。
发明内容
本发明提供了一种制备碳纳米管的方法，旨在改善现有技术制备的碳纳米管性能一般的问题。
本发明提供了一种制备碳纳米管的装置，能够制得较优性能的碳纳米管。
本发明是这样实现的：
一种制备碳纳米管的方法，其制备步骤包括：
将五羰基铁和四羰基镍加入多级串联流化床中分解后得粒径为1～10nm的纳米铁镍复合催化剂，并排出产生的一氧化碳；
向多级串联流化床中加入碳源以及通入惰性气体，碳源中碳的质量与催化剂的质量之比为5～7:3～5，在600～800℃加热的条件下反应40～90min，生成复合碳纳米管，复合碳纳米管中碳的质量百分含量为50％～70％，催化剂质量百分含量为30％～50％。
一种制备碳纳米管的装置，用于实施上述的方法，包括多级串联的流化床，多级串联的流化床包括依次串联的一级流化床和三级流化床，一级流化床与三级流化床之间串联设置有零个或至少一个二级流化床，一级流化床包括设置于一级流化床上部的第一加热段和设置于一级流化床下部的第二加热段，第一加热段用于提供分解五羰基铁和四羰基镍的混合物的温度，第二加热段用于提供碳纳米管的生长温度，一级流化床的上部设置有一氧化碳排出口，一级流化床的底部设置有进气口，三级流化床的上部设置有产物排出口，产物排出口连通有气固分离器。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，一级流化床的下部均设置有砂芯，砂芯位于进气口的上方。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，包括磁场发生装置，磁场发生装置包括第一磁极和第二磁极，第一磁极位于多级串联的流化床的一端，第二磁极位于多级串联的流化床的另一端。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，每个流化床之间通过连接管连通，上一级流化床的上部与下一级流化床的下部连通，与一级流化床连通的连接管为第一连接管，第一连接管与一级流化床设置有第一加热段的位置连通，一氧化碳排出口设置于第一连接管靠近一级流化床的位置。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的制备碳纳米管的方法，由于本发明提供的制备碳纳米管的方法采用五羰基铁和四羰基镍进入反应装置内，在碳纳米管生长前分解生成纳米级粒度均匀的铁镍合金作为催化剂，能够使得制得碳纳米管品质好；而合理控制反应时间，调整催化剂与碳源中碳的比例使得制得的复合碳纳米管中碳和铁镍合金具有较优的质量比，不仅使得制得的复合碳纳米管磁化强度高，矫顽力大，还能够使得在该比例下复合碳纳米管易于与一氧化碳反应除去其中所含的铁镍合金生成能够重复利用的羰基铁和羰基镍，该过程不需要酸洗除杂或高温除杂，能够降低生产成本，且更环境友好。
本发明通过上述设计得到的制备碳纳米管的装置，由于各单元设置合理，能够被用于实施本发明提供的方法，能够制得较优性能的碳纳米管，该装置由于采用可串联多个流化床的方式使得该装置可根据生产实际需要量进行流化床数量的调整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例7提供的制备碳纳米管的装置的结构示意图；
图2是图1中一级流化床的剖视图；
图3是本发明实施例8提供的制备碳纳米管的装置的结构示意图；
图4是本发明实施例9提供的制备碳纳米管的装置的结构示意图；
图5是图3中进料装置的剖视图；
图6是本发明实施例10提供的制备碳纳米管的装置的结构示意图。
图标：100-制备碳纳米管的装置；110-一级流化床；111-第一加热段；112-第二加热段；113-一氧化碳排出口；114-进气口；115-砂芯；130-三级流化床；131-产物排出口；140-气固分离器；151-第一磁极；152-第二磁极；161-第一连接管；200-制备碳纳米管的装置；210-一级流化床；214-进气口；217-惰性气体进入管；218-第一阀门；219-第二阀门；230-三级流化床；231-产物排出口；232-产物排出管；238-第三阀门；240-气固分离器；251-循环管；300-制备碳纳米管的装置；310-一级流化床；361-第一连接管；362-第二连接管；320-二级流化床；330-三级流化床；370-加料装置；371-旋转进料器；372-进料口；400-制备碳纳米管的装置；440-气固分离器；480-第一纯化装置；490-第二纯化装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供一种制备碳纳米管的方法及装置进行具体说明。
一种制备碳纳米管的方法，其制备步骤包括：
S1、将五羰基铁和四羰基镍加入多级串联流化床中分解后得催化剂，并排出产生的一氧化碳。
具体地，将五羰基铁和四羰基镍从流化床的顶端加入一级流化床中，在一级流化床的上部高温条件下分解生成铁、镍以及一氧化碳，反应完成后，排出一氧化碳，排出一氧化碳可采用真空泵抽真空的方式抽出一氧化碳。本发明所提供的制备碳纳米管的方法是以铁镍合金为催化剂制备碳纳米管，而原料选用五羰基铁和四羰基镍直接加入反应装置中现制催化剂，是由于五羰基铁和四羰基镍分解得到的铁粉和镍粉均为纳米级，粒度均匀，作为催化剂催化制得的碳纳米管的性能好。
优选地，控制一级流化床内，五羰基铁和四羰基镍的分解温度为225～315℃，在此温度下五羰基铁和四羰基镍能够分解为铁、镍和一氧化碳。
优选地，加入的五羰基铁和四羰基镍的质量之比为370～392:163～178，当五羰基铁和四羰基镍在此比例条件下分解后得到的铁镍合金粉作为催化剂的质量比为最适质量比，在此质量比条件下制得的未被纯化的复合碳纳米管的磁化强度高、矫顽力更大。
S2、向多级串联流化床中加入碳源以及通入惰性气体，碳源中碳的质量与催化剂的质量之比为5～7:3～5，在600～800℃加热的条件下反应40～90min，使生成的碳纳米管中碳的质量百分含量为50％～70％，催化剂质量百分含量为30％～50％后通入下一单元。
具体地，待一级流化床中一氧化碳被排出后，向多级串联流化床中通入惰性气体，将催化剂带至各个流化床中，然后通入气体碳源，在此过程中惰性气体一直向里通入。加入的碳源可以是烃类气体，烃类气体与惰性气体一起从一级流化床的底端加入，惰性气体可以选用氮气或氩气中至少一种。加入的碳源中碳的质量与催化剂的质量之比为5～7:3～5，以便于通过控制装置反应时间40～90min使得在加热600～800℃条件下最终得到的碳纳米管中碳的质量百分含量占比50％～70％，催化剂质量百分含量占比30％～50％，而不使碳源或催化剂任意一者剩余，反应完成后将固气混合物通入下一单元。
使制得的碳纳米管中碳的质量百分含量占比50％～70％，催化剂质量百分含量占比30％～50％的目的之一是使得制得的复合碳纳米管的导电性达到较高水平，且磁化强度好、矫顽力答，其二是便于复合碳纳米管后续纯化处理的时候便于与一氧化碳反应生成五羰基铁和四羰基镍被除去，催化剂在碳纳米管中含量不能过多，过多则碳纳米管纯化后性能大大降低，含量也不能过低，过低则难以参与与一氧化碳的反应。
S3、在多级串联流化床中反应完成后通过气固分离器对多级串联流化床中生成的气固混合物进行分离得到复合碳纳米管，将复合碳纳米管进行纯化。
具体地，待在多级串联流化床中反应完成后，将气固混合物通入气固分离器中，将气体与固体完全分离开，将气体回收，将固体的复合碳纳米管进行除铁除镍的纯化操作。
首先，将复合碳纳米管置于充斥一氧化碳的高压环境中，控制环境温度在38～55℃条件下使一氧化碳与复合碳纳米管中的镍反应生成液态四羰基镍，生成四羰基镍后进行固液分离回收四羰基镍，得到含有铁的碳纳米管。
然后将含有铁的碳纳米管置于充斥一氧化碳的高压环境中，控制环境温度在190～250℃条件下使一氧化碳与碳纳米管中的铁反应生成五羰基铁液体，生成五羰基铁后进行固液分离回收五羰基铁，得到纯化后的碳纳米管。需要说明的是上述两部纯化步骤可以交换顺序进行，同样达到上述效果；上述高压环境是指压力为150～200atm。
现有的碳纳米管的后期纯化通常是酸洗或高温蒸发的方式处理其所含杂质，但是酸洗或高温蒸发成本高，并且酸洗还会产生酸洗废液。而采用将复合碳纳米管中铁和镍与一氧化碳反应生成四羰基镍和五羰基铁，并回收四羰基镍和五羰基铁，回收后的四羰基镍和五羰基铁还能再次用于制备碳纳米管，不存在资源浪费，相较于现有采用会产生废液的纯化碳纳米管的酸洗工艺，更环保。
进一步地，多级串联流化床置于电磁场中。当多级串联流化床置于磁场中时，每个流化床中的催化剂则沿磁感线方向排列，则碳纳米管也沿着磁感线的方向生长，能够使得最终制得的碳纳米管的形状更规则，性能更好。
以下结合具体实施例1-5对本发明提供的一种制备碳纳米管的方法进行具体说明。
实施例1
一种制备碳纳米管的方法，首选称取质量比为370:163的五羰基铁和四羰基镍，以及准备所含碳质量与五羰基铁和四羰基镍的质量比为5～7:3～5的碳源。将五羰基铁和四羰基镍的混合物加入多级串联流化床中的一级流化床中在225℃下加热至分解得到催化剂，后抽去一氧化碳，然后向多级流化床中通入惰性气体，使催化剂分布至各个流化床中，并使每一级流化床保持温度为600℃反应90min，上述操作均在具有磁场的条件下进行，使最终生成的碳纳米管中碳含量与催化剂的质量之比为5～7:3～5后通入气固分离器进行气固分离，将得到的固体复合碳纳米管进行纯化，首先在具有一氧化碳的高压环境中温度为38℃的条件下除去复合碳纳米管中的镍，然后再具有一氧化碳的高压环境中温度为190℃环境下除去复合碳纳米管中的铁得到纯化后的碳纳米管。
实施例2
一种制备碳纳米管的方法，首选称取质量比为390:178的五羰基铁和四羰基镍，以及准备所含碳质量与五羰基铁和四羰基镍的质量比为5～7:3～5的碳源。将五羰基铁和四羰基镍的混合物加入多级串联流化床中的一级流化床中在315℃下加热至分解得到催化剂，后抽去一氧化碳，然后向多级流化床中通入惰性气体，使催化剂分布至各个流化床中，并使每一级流化床保持温度为800℃反应40min，上述操作均在具有磁场的条件下进行，使最终生成的碳纳米管中碳含量与催化剂的质量之比为5～7:3～5后通入气固分离器进行气固分离，将得到的固体复合碳纳米管进行纯化，首先在具有一氧化碳的高压环境中温度为55℃的条件下除去复合碳纳米管中的镍，然后再具有一氧化碳的高压环境中温度为250℃环境下除去复合碳纳米管中的铁得到纯化后的碳纳米管。
实施例3
一种制备碳纳米管的方法，首选称取质量比为390:178的五羰基铁和四羰基镍，以及准备所含碳质量与五羰基铁和四羰基镍的质量比为5～7:3～5的碳源。将五羰基铁和四羰基镍的混合物加入多级串联流化床中的一级流化床中在315℃下加热至分解得到催化剂，后抽去一氧化碳，然后向多级流化床中通入惰性气体，使催化剂分布至各个流化床中，并使每一级流化床保持温度为700℃反应50min，上述操作均在具有磁场的条件下进行，使最终生成的碳纳米管中碳含量与催化剂的质量之比为5～7:3～5后通入气固分离器进行气固分离，将得到的固体复合碳纳米管进行纯化，首先在具有一氧化碳的高压环境中温度为55℃的条件下除去复合碳纳米管中的镍，然后再具有一氧化碳的高压环境中温度为250℃环境下除去复合碳纳米管中的铁得到纯化后的碳纳米管。
实施例4
一种制备碳纳米管的方法，首选称取质量比为375:168的五羰基铁和四羰基镍，以及准备所含碳质量与五羰基铁和四羰基镍的质量比为5～7:3～5的碳源。将五羰基铁和四羰基镍的混合物加入多级串联流化床中的一级流化床中在270℃下加热至分解得到催化剂，后抽去一氧化碳，然后向多级流化床中通入惰性气体，使催化剂分布至各个流化床中，并使每一级流化床保持温度为750℃反应60min，上述操作均在具有磁场的条件下进行，使最终生成的碳纳米管中碳含量与催化剂的质量之比为5～7:3～5后通入气固分离器进行气固分离，将得到的固体复合碳纳米管进行纯化，首先在具有一氧化碳的高压环境中温度为40℃的条件下除去复合碳纳米管中的镍，然后再具有一氧化碳的高压环境中温度为210℃环境下除去复合碳纳米管中的铁得到纯化后的碳纳米管。
实施例5
一种制备碳纳米管的方法，首选称取质量比为385:171的五羰基铁和四羰基镍，以及准备所含碳质量与五羰基铁和四羰基镍的质量比为5～7:3～5的碳源。将五羰基铁和四羰基镍的混合物加入多级串联流化床中的一级流化床中在250℃下加热至分解得到催化剂，后抽去一氧化碳，然后向多级流化床中通入惰性气体，使催化剂分布至各个流化床中，并使每一级流化床保持温度为650℃反应80min，上述操作均在具有磁场的条件下进行，使最终生成的碳纳米管中碳含量与催化剂的质量之比为5～7:3～5后通入气固分离器进行气固分离，将得到的固体复合碳纳米管进行纯化，首先在具有一氧化碳的高压环境中温度为43℃的条件下除去复合碳纳米管中的镍，然后再具有一氧化碳的高压环境中温度为220℃环境下除去复合碳纳米管中的铁得到纯化后的碳纳米管。
实施例6
一种制备碳纳米管的方法，首选称取质量比为390:175的五羰基铁和四羰基镍，以及准备所含碳质量与五羰基铁和四羰基镍的质量比为5～7:3～5的碳源。将五羰基铁和四羰基镍的混合物加入多级串联流化床中的一级流化床中在300℃下加热至分解得到催化剂，后抽去一氧化碳，然后向多级流化床中通入惰性气体，使催化剂分布至各个流化床中，并使每一级流化床保持温度为630℃反应70min，上述操作均在具有磁场的条件下进行，使最终生成的碳纳米管中碳含量与催化剂的质量之比为5～7:3～5后通入气固分离器进行气固分离，将得到的固体复合碳纳米管进行纯化，首先在具有一氧化碳的高压环境中温度为45℃的条件下除去复合碳纳米管中的镍，然后再具有一氧化碳的高压环境中温度为240℃环境下除去复合碳纳米管中的铁得到纯化后的碳纳米管。
以及结合具体实施例7-10对本发明提供的一种制备碳纳米管的装置进行具体说明。
实施例7
本发明实施例提供了一种制备碳纳米管的装置100，其包括多级串联的流化床，多级串联的流化床包括串联设置的的一级流化床110和三级流化床130。
如图1和图2所示，一级流化床110包括设置于一级流化床110上部的第一加热段111和设置于一级流化床110下部的第二加热段112，第一加热段111用于提供分解五羰基铁和四羰基镍的混合物的温度，第二加热段112用于提供碳纳米管的生长温度，一级流化床110的上部设置有一氧化碳排出口113，五羰基铁和四羰基镍分解后产生的一氧化碳则从一氧化碳排出口113排出，一级流化床110的底部设置有进气口114，三级流化床130的上部设置有产物排出口131，产物排出口131连通有气固分离器140，多级串联的流化床中的气固混合物从产物排出口131进入气固分离器140中进行气固分离。三级流化床130的结构与普通流化床相似，其外壁设置有加热装置。
优选地，气固分离器140为常用的且工艺比较成熟的旋风分离器。
进一步地，一级流化床110的下部均设置有砂芯115，砂芯115设置于进气口114的上方。砂芯115可以是具有多个通孔的筛板。设置砂芯115的作用是使从进气口114通入的气体更均匀地分布于整个多级串联的流化床中。
进一步地，制备碳纳米管的装置100还包括磁场发生装置(图未标)，该磁场发生装置包括第一磁极151和第二磁极152，第一磁极151设置于一级流化床110远离三级流化床130的一端，第二磁极152设置于三级流化床130远离一级流化床110的一端，第一磁极151和第二磁极152磁性相异，在第一磁极151与第二磁极152之间形成磁场，每个流化床中的催化剂均按磁感线的方向排列，使得碳纳米管的生长方向与磁感线的方向一致，使得制得的碳纳米管形状更规整，性能更好。
进一步地，每个流化床之间通过连接管连通，上一级流化床的上部与下一级流化床的下部连通，与一级流化床110连通的连接管为第一连接管161，第一连接管161与一级流化床110设置有第一加热段111的位置连通，一氧化碳排出口113设置于第一连接管161靠近一级流化床110的位置。
上述设计将一氧化碳排出口113设置在第一连接管161上相当于使一氧化碳从一级流化床110的排出和一级流化床110将固气混合物通入至下一级流化床的连通口共用，则使得一级流化床110不必再多设排气口。且上述设计还可用在第一连接管161对应一氧化碳排出口113处设置阀门，控制一氧化碳的排出，或者一级流化床110与下一级流化床的连通。
五羰基镍和四羰基铁从一级流化床110的顶部进入一级流化床110中，在第一加热段111的加热作用下分解，分解后产生的一氧化碳从一氧化碳排出口113排出，一氧化碳排出后，将惰性气体从进气口114通入一级流化床110内，使催化剂分布于各个流化床后将碳源从一级流化床110的顶部或底部一起加入至制备碳纳米管的装置100中，于此同时，第二加热段112和三级流化床130外壁的加热装置开始工作，且此时磁场发生装置开始工作，碳纳米管开始在流化床中生长，反应完成后，将气固混合物通入气固分离器140中进行分离，得到复合碳纳米管。
实施例8
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和实施例7相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例6中相应内容。
如图3所示，本实施例提供了一种制备碳纳米管的装置200，一级流化床210的进气口214与三级流化床230的产物排出口231通过循环管251连通，在碳纳米管的制备过程中，可以是一级流化床210到三级流化床230再通过循环管251循环至一级流化床210这个路径进行反应，一来可以减少流化床的串联个数，二来循环回一级流化床210还能减下后期通入整个装置的惰性气体的流量，能够有效节约成本。
进一步地，循环管251上，靠近进气口214的一端连接有惰性气体进入管217，循环管251上还设置有控制惰性气体进入一级流化床210的第一阀门218，第一阀门218位于惰性气体进入管217和进气口214之间，循环管251上设置有阻断或连通产物排出口231与进气口214的第二阀门219，气固分离器240与三级流化床230通过产物排出管232连通，产物排出管232与循环管251连接，产物排出管232靠近气固分离器240的位置设置有第三阀门238。
当制备碳纳米管的装置200在工作过程时，打开第一阀门218和第二阀门219，关闭第三阀门238，此时整个装置处于循环工作过程，当反应完成，关闭第二阀门219，打开第三阀门238，将气固混合物通入气固分离器240内进行气固分离，得到复合碳纳米管。
实施例9
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和实施例8相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例7中相应内容。
如图4和图5所示，本实施例提供的制备碳纳米管的装置300，包括依次串联的一级流化床310，一个二级流化床320和三级流化床330，一级流化床310和二级流化床320之间通过第一连接管361连接，二级流化床320和三级流化床330之间通过第二连接管362连接。
进一步地，一级流化床310的顶部设置有加料装置370，加料装置370内设置有旋转进料器371，旋转进料器371具有多个与水平方向平行的叶片，在通过加料装置370向一级流化床310中加入五羰基铁和四羰基镍的混合物或碳源时，启动旋转进料器371使得物料能够更均匀地进入一级流化床310中。
上述设计增加了一个流化床，能够增大碳纳米管的制备量。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，二级流化床320的数量还可以是2个及以上，通常根据进料量或者所要制备的碳纳米管的量来进行选择。
实施例10
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和实施例9相同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例8中相应内容。
如图6所示，本实施例提供的制备碳纳米管的装置400，还包括第一纯化装置480和第二纯化装置490，第一纯化装置480与气固分离器440连接，第二纯化装置490与第一纯化装置480连接。第一纯化装置480用于去除复合碳纳米管中的镍，使得镍与一氧化碳反应后生成四羰基镍，在其中设置的固液分离装置作用下将四羰基镍除去；第二纯化装置490用于去除复合碳纳米管中的铁，使得铁与一氧化碳反应后生成四羰基镍，在其中设置的固液分离装置作用下将四羰基镍除去。
综上所述，由于本发明提供的制备碳纳米管的方法采用五羰基铁和四羰基镍进入反应装置内，在碳纳米管生长前分解生成纳米级粒度均匀的铁镍合金作为催化剂，能够使得制得碳纳米管品质好；而合理控制反应时间，调整催化剂与碳源中碳的比例使得制得的复合碳纳米管中碳和铁镍合金具有较优的质量比，不仅使得制得的复合碳纳米管磁化强度高，矫顽力大，还能够使得在该比例下复合碳纳米管易于与一氧化碳反应除去其中所含的铁镍合金生成能够重复利用的羰基铁和羰基镍，该过程不产生废气物，能够降低生产成本，且更环保。
本发明提供的制备碳纳米管的装置，由于各单元设置合理，能够被用于实施本发明提供的方法，能够制得较优性能的碳纳米管，该装置由于采用可串联多个流化床的方式使得该装置可根据生产实际需要量进行流化床数量的调整。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制备碳纳米管的方法，其特征在于，其制备步骤包括：
将五羰基铁和四羰基镍加入多级串联流化床中分解后得粒径为1～10nm的纳米铁镍复合催化剂，并排出产生的一氧化碳；
向所述多级串联流化床中加入碳源以及通入惰性气体，所述碳源中碳的质量与所述催化剂的质量之比为5～7:3～5，在600～800℃加热的条件下反应40～90min，生成复合碳纳米管，所述复合碳纳米管中碳的质量百分含量为50％～70％，所述催化剂质量百分含量为30％～50％。
2.根据权利要求1所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述五羰基铁和所述四羰基镍的混合物加入所述流化床中，并控制所述流化床加热温度为225～315℃。
3.根据权利要求1所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述五羰基铁和所述四羰基镍的质量之比为370～392:163～178。
4.根据权利要求1所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，在所述多级串联流化床中反应完成后通过气固分离器对所述多级串联流化床中生成的气固混合物进行分离得到复合碳纳米管，将所述复合碳纳米管进行纯化。
5.根据权利要求4所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，还包括将所述复合碳纳米管进行纯化，纯化步骤包括：
在压力150～200atm、温度38～55℃条件下将所述复合碳纳米管置于一氧化碳气氛中合成四羰基镍以除去所述复合碳纳米管中的金属镍得次级碳纳米管；
将所述次级碳纳米管置于压力150～200atm、温度190～250℃且具有一氧化碳的环境下去生成五羰基铁以除去所述次级碳纳米管中的金属铁，得高纯度碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述多级串联流化床置于电磁场中。
7.一种制备碳纳米管的装置，其特征在于，用于实施如权利要求1-6任一项所述的方法，包括多级串联的流化床，所述多级串联的流化床包括依次串联的一级流化床和三级流化床，所述一级流化床与所述三级流化床之间串联设置有零个或至少一个二级流化床，所述一级流化床包括设置于所述一级流化床上部的第一加热段和设置于所述一级流化床下部的第二加热段，所述第一加热段用于提供分解五羰基铁和四羰基镍的混合物的温度，所述第二加热段用于提供碳纳米管的生长温度，所述一级流化床的上部设置有一氧化碳排出口，所述一级流化床的底部设置有进气口，所述三级流化床的上部设置有产物排出口，所述产物排出口连通有气固分离器。
8.根据权利要求7所述的制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述一级流化床的下部均设置有砂芯，所述砂芯位于所述进气口的上方。
9.根据权利要求7所述的制备碳纳米管的装置，其特征在于，包括磁场发生装置，所述磁场发生装置包括第一磁极和第二磁极，所述第一磁极位于多级串联的所述流化床的一端，所述第二磁极位于多级串联的所述流化床的另一端。
10.根据权利要求7所述的制备碳纳米管的装置，其特征在于，每个流化床之间通过连接管连通，上一级所述流化床的上部与下一级所述流化床的下部连通，与所述一级流化床连通的所述连接管为第一连接管，所述第一连接管与所述一级流化床设置有第一加热段的位置连通，所述一氧化碳排出口设置于所述第一连接管靠近所述一级流化床的位置。
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