CN110950324B - 一种碳纳米材料加工用纯化设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纳米材料加工用纯化设备，包括用于对纳米材料进行纯化加工的纯化加工箱、支撑腿和对纳米材料进行液下氧化还原纯化的混动纯化加工机构，所述支撑腿固定连接在纯化加工箱的底部，涉及纳米材料加工领域。该碳纳米材料加工用纯化设备通过对现有的对碳纳米材料提纯的方法进行分析和存在问题进行研究实验总结，设置了气液共存的对碳纳米材料加工的设备，并通过特殊的结构，在一定的稳定的温度条件下以气体为动力促使碳纳米材料快速提纯，从而有效的解决了一般的碳纳米材料纯化大多设备能耗高，对环境影响较大，部分能耗低的也同样会对被加工的材料造成较大程度的损耗，对环境造成不利影响的问题。

Description

一种碳纳米材料加工用纯化设备

技术领域

本发明涉及纳米材料加工技术领域，具体为一种碳纳米材料加工用纯化设备。

背景技术

碳纳米材料包括碳纳米管、碳纳米球和碳纳米纤维，不论是使用电弧法、激光烧蚀法还是催化化学气相沉积法制备的碳纳米管，都在不同的程度上含有非晶碳，特别是单壁碳纳米管和双壁碳纳米管产品，想要获得纯度较高的碳纳米管需要经过提纯，目前去除非晶碳有多种工艺，其中包括重铬酸钾-硫酸体系、过氧化氢-氢氧化钠体系等液相体系以及空气氧化、二氧化碳氧化、氢气甲烷化等气相体系，空气氧化被认为是非常经济的加工工艺，液相体系涉及大量化学试剂的使用，不仅加工成本较高，而且产生大量的污染物，污染环境，气相体系中除空气氧化可以在较低的温度下进行以外，其它过程都必须在高温环境中进行，高温加工需要耗费较大的成本，能源浪费现象严重，而且温度太高容易造成碳纳米管的损毁，综上空气氧化比较合适，但是尽但非晶碳的氧化是一个放热过程，氧化反应会造成附近的温度迅速上升，碳纳米管也会因温度升高而被氧化损失，且空气携带碳纳米管流失现象严重，一般的碳纳米材料纯化大多设备能耗高，对环境影响较大，部分能耗低的也同样会对被加工的材料造成较大程度的损耗，对环境造成不利影响，所以需要一种碳纳米材料加工用纯化设备。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳纳米材料加工用纯化设备，解决了一般的碳纳米材料纯化大多设备能耗高，对环境影响较大，部分能耗低的也同样会对被加工的材料造成较大程度的损耗，对环境造成不利影响的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种碳纳米材料加工用纯化设备，包括用于对纳米材料进行纯化加工的纯化加工箱、支撑腿和对纳米材料进行液下氧化还原纯化的混动纯化加工机构，所述支撑腿固定连接在纯化加工箱的底部，所述混动纯化加工机构设置在纯化加工箱上，所述纯化加工箱的顶部开设有进料口，所述纯化加工箱的底部套接有出料管。

优选的，所述纯化加工机构包括气泵、第一支撑管、第二支撑管、第一气动盘和第二气动盘，所述第一支撑管的底部与纯化加工箱的内底壁固定连接，所述第一支撑管的轴心位于纯化加工箱底部的中心上，所述第一支撑管的表面固定连接有伸缩管，所述伸缩管的材料包括橡胶，所述伸缩管远离第一支撑管的一端固定连接有第二支撑管，所述第二支撑管的内壁和第一支撑管的内壁均开设有卡槽，所述卡槽的内壁滑动连接有卡块，所述卡块的表面固定连接有限位支撑杆，设置卡块和卡槽是为了使得第二支撑管在上下移动的时候始终保持与第一支撑管保持同轴。

优选的，所述第二支撑管的一端贯穿并延伸至纯化加工箱的顶部，所述纯化加工箱的顶部开设有限位孔，所述第二支撑管的表面与限位孔的内壁滑动连接，所述气泵固定安装在纯化加工箱的表面上，所述气泵的输出端套接有第一输气管，所述纯化加工箱的顶部固定连接有加热箱，所述第一输气管的一端贯穿并延伸至加热箱的内部，所述加热箱的表面套接有第二输气管，所述第二输气管远离加热箱的一端与第二支撑管的一端套接，设置加热箱是为了将空气进行加热，第二支撑管内部的电加热管和电加热丝也是为了加热和保持气体的温度。

优选的，所述第二支撑管的内部和加热箱的内部均固定安装有电加热管，所述电加热管的内部固定连接有电加热丝，所述纯化加工箱的表面固定安装有电开关，所述电开关的输出端与电加热丝的输入端电连接。

优选的，所述第一支撑管的表面和第二支撑管的表面均固定连接有轴承，所述轴承的表面设置有密封垫，所述第一支撑管上的轴承外圈固定连接有第一气动盘，所述第二支撑管上的轴承的外圈固定连接有第二气动盘，所述第一气动盘和第二气动盘的内部均设置有连通腔，所述第一支撑管上设置有与第一气动盘内部连通腔相连通的充气口，所述第二支撑管上设置有与第二气动盘内部连通腔相连通的充气口，所述第一气动盘的表面开设有若干个第一气动口，若干个所述第一气动口的内壁均开设有向上倾斜的第一喷气口，若干个所述第一喷气口统一沿着顺时针方向喷射气体，所述第二气动盘的表面开设有若干个第二气动口，若干个所述第二气动口的内壁均开设有向下倾斜的第二喷气口，若干个所述第二喷气口统一沿着顺时针方向喷射气体，所述第一气动盘和第二气动盘的表面均呈圆形状，所述第二气动盘位于第一气动盘的上方。

优选的，所述纯化加工箱的内部固定安装有电加热棒，所述纯化加工箱的内部固定安装有温度传感器，所述纯化加工箱的表面固定安装有总控制器，所述总控制器上设置有控制开关，所述温度传感器的输出端通过信号线与总控制器的输入端连接，所述总控制器的输出端控制开关的输入端连接，所述控制开关的输出端与电加热棒的输入端电连接，设置电加热棒是为了通过对温度的控制，保持稳定的氧化反应所需的温度条件，反应温度可持续，提高了加工速度。

优选的，所述纯化加工箱的表面铰接有密封门，所述密封门的表面套接有密封圈，所述密封门的表面固定安装有扣锁，所述密封门的表面通过扣锁与纯化加工箱的表面固定连接。

(三)有益效果

(1)本发明通过设置纯化加工机构，可以在液相基础上将空气通过对流混动的方式充分的去接触并氧化材料，促使碳纳米材料快速地氧化反应，既可以利用液体调和平衡材料四周的温度，避免高温损坏材料，同时也可以避免气体带走碳纳米材料造成流失损耗。

(2)本发明借助气体产生的动力，在液面下方采用方向相反的两种气流产生对冲，促使第一气动盘和第二气动盘快速的旋转，加快材料周围温度的传递，同时也促使材料充分的与空气接触，明显的加快了氧化反应，提高了工作效率。

(3)本发明通过设置伸缩管，使得第一气动盘和第二气动盘在快速的旋转的时候会有一定程度的升降抖动，持续的抖动和旋转进一步的加快的材料的混动并提高了工作效率，通过设置电加热棒，通过对温度的控制，保持稳定的氧化反应所需的温度条件，反应温度可持续，提高了加工速度。

(4)本发明通过对现有的对碳纳米材料提纯的方法进行分析和存在问题进行研究实验总结，设置了气液共存的对碳纳米材料加工的设备，并通过特殊的结构，在一定的稳定的温度条件下以气体为动力促使碳纳米材料快速提纯，从而有效的解决了一般的碳纳米材料纯化大多设备能耗高，对环境影响较大，部分能耗低的也同样会对被加工的材料造成较大程度的损耗，对环境造成不利影响的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明纯化加工箱结构剖视图；

图3为本发明第一支撑管结构剖视图；

图4为本发明加热箱结构剖视图。

其中，1纯化加工箱、2支撑腿、3纯化加工机构、31气泵、32第一支撑管、33第二支撑管、34第一气动盘、35第二气动盘、36伸缩管、37卡槽、38卡块、39限位支撑杆、310限位孔、311第一输气管、312加热箱、313第二输气管、314电加热管、315电加热丝、316电开关、317轴承、318控制开关、319充气口、320第一气动口、321第一喷气口、322第二气动口、323第二喷气口、324电加热棒、325温度传感器、326总控制器、327连通腔、4进料口、5出料管、6密封门、7密封圈、8扣锁。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明实施例提供一种碳纳米材料加工用纯化设备，包括用于对纳米材料进行纯化加工的纯化加工箱1、支撑腿2和对纳米材料进行液下氧化还原纯化的混动纯化加工机构3，支撑腿2固定连接在纯化加工箱1的底部，混动纯化加工机构3设置在纯化加工箱1上，纯化加工箱1的顶部开设有进料口4，纯化加工箱1的底部套接有出料管5。

纯化加工机构3包括气泵31、第一支撑管32、第二支撑管33、第一气动盘34和第二气动盘35，第一支撑管32的底部与纯化加工箱1的内底壁固定连接，第一支撑管32的轴心位于纯化加工箱1底部的中心上，第一支撑管32的表面固定连接有伸缩管36，伸缩管36的材料包括橡胶，伸缩管36远离第一支撑管32的一端固定连接有第二支撑管33，第二支撑管33的内壁和第一支撑管32的内壁均开设有卡槽37，卡槽37的内壁滑动连接有卡块38，卡块38的表面固定连接有限位支撑杆39，第二支撑管33的一端贯穿并延伸至纯化加工箱1的顶部，纯化加工箱1的顶部开设有限位孔310，第二支撑管33的表面与限位孔310的内壁滑动连接，气泵31固定安装在纯化加工箱1的表面上，气泵31的输出端套接有第一输气管311，纯化加工箱1的顶部固定连接有加热箱312，第一输气管311的一端贯穿并延伸至加热箱312的内部，加热箱312的表面套接有第二输气管313，第二输气管313远离加热箱312的一端与第二支撑管33的一端套接，第二支撑管33的内部和加热箱312的内部均固定安装有电加热管314，电加热管314的内部固定连接有电加热丝315，纯化加工箱1的表面固定安装有电开关316，电开关316的输出端与电加热丝315的输入端电连接，第一支撑管32的表面和第二支撑管33的表面均固定连接有轴承317，轴承317的表面设置有密封垫，第一支撑管32上的轴承317外圈固定连接有第一气动盘34，第二支撑管33上的轴承317的外圈固定连接有第二气动盘35，第一气动盘34和第二气动盘35的内部均设置有连通腔327，第一支撑管32上设置有与第一气动盘34内部连通腔327相连通的充气口319，第二支撑管33上设置有与第二气动盘35内部连通腔327相连通的充气口319，第一气动盘34的表面开设有若干个第一气动口320，若干个第一气动口320的内壁均开设有向上倾斜的第一喷气口321，若干个第一喷气口321统一沿着顺时针方向喷射气体，第二气动盘35的表面开设有若干个第二气动口322，若干个第二气动口322的内壁均开设有向下倾斜的第二喷气口323，若干个第二喷气口323统一沿着顺时针方向喷射气体，第一气动盘34和第二气动盘35的表面均呈圆形状，第二气动盘35位于第一气动盘34的上方。

纯化加工箱1的内部固定安装有电加热棒324，纯化加工箱1的内部固定安装有温度传感器325，纯化加工箱1的表面固定安装有总控制器326，总控制器326上设置有控制开关318，温度传感器325的输出端通过信号线与总控制器326的输入端连接，总控制器326的输出端控制开关318的输入端连接，控制开关318的输出端与电加热棒324的输入端电连接，纯化加工箱1的表面铰接有密封门6，密封门6的表面套接有密封圈7，密封门6的表面固定安装有扣锁8，密封门6的表面通过扣锁8与纯化加工箱1的表面固定连接。

使用时，连接电源，通过进料口4向纯化加工箱1内部输入熔盐液，然后将通过电加热棒324对熔盐液进行加热，首先升高温度在380℃-400℃之间，然后将碳纳米材料通过进料口4放入到纯化加工箱1的内部，通过电开关316开启电加热丝315，启动气泵31，空气通过第一输气管311进入到加热箱312内部快速的加热并通过第二输气管313进入到第二支撑管33内部被加热并通过第二支撑管33进入到与第二支撑管33连通的充气口319内部，高速高温的气体通过充气口319分别进入到第一气动盘34内部的连通腔327内和第二气动盘35内部的连通腔327内，气体分别沿着倾斜方向不同的第一喷气口321和第二喷气口323喷射出来，从第一喷气口321内部沿着逆时针方向喷射出来的气流使得第二气动盘35顺时针旋转，相反的从第二喷气口323内部沿着顺时针方向喷射出来的气流使得第一气动盘34逆时针旋转，于此同时纯化加工箱1内部的盐溶液也会持续升温，当温度升高到400℃以上，温度传感器325将信号传递给总控制器326，总控制器326通过控制开关318控制电加热棒324停止工作，对冲的气流充分的接触盐溶液以及盐溶液中悬浮的碳纳米材料，旋转的第一气动盘34和第二气动盘35上的多个第一气动口320和第二气动口322促使纯化加工箱1内部气液混动，第二气动盘35在气流推动下存在升降抖动，进一步带动上下层混合物混动，氧化反应后，停止任何加热，熔盐液冷却后结块，将熔盐块取出置于纯水中，熔盐完全溶解，过滤或除非晶碳的碳纳米管。

Claims (4)

1.一种碳纳米材料加工用纯化设备，其特征在于：包括用于对纳米材料进行纯化加工的纯化加工箱（1）、支撑腿（2）和对纳米材料进行液下氧化还原纯化的混动纯化加工机构（3），所述支撑腿（2）固定连接在纯化加工箱（1）的底部，所述混动纯化加工机构（3）设置在纯化加工箱（1）上，所述纯化加工箱（1）的顶部开设有进料口（4），所述纯化加工箱（1）的底部套接有出料管（5）；

所述纯化加工机构（3）包括气泵（31）、第一支撑管（32）、第二支撑管（33）、第一气动盘（34）和第二气动盘（35），所述第一支撑管（32）的底部与纯化加工箱（1）的内底壁固定连接，所述第一支撑管（32）的轴心位于纯化加工箱（1）底部的中心上，所述第一支撑管（32）的表面固定连接有伸缩管（36），所述伸缩管（36）的材料包括橡胶，所述伸缩管（36）远离第一支撑管（32）的一端固定连接有第二支撑管（33），所述第二支撑管（33）的内壁和第一支撑管（32）的内壁均开设有卡槽（37），所述卡槽（37）的内壁滑动连接有卡块（38），所述卡块（38）的表面固定连接有限位支撑杆（39）；

所述第二支撑管（33）的一端贯穿并延伸至纯化加工箱（1）的顶部，所述纯化加工箱（1）的顶部开设有限位孔（310），所述第二支撑管（33）的表面与限位孔（310）的内壁滑动连接，所述气泵（31）固定安装在纯化加工箱（1）的表面上，所述气泵（31）的输出端套接有第一输气管（311），所述纯化加工箱（1）的顶部固定连接有加热箱（312），所述第一输气管（311）的一端贯穿并延伸至加热箱（312）的内部，所述加热箱（312）的表面套接有第二输气管（313），所述第二输气管（313）远离加热箱（312）的一端与第二支撑管（33）的一端套接；

所述第一支撑管（32）的表面和第二支撑管（33）的表面均固定连接有轴承（317），所述轴承（317）的表面设置有密封垫，所述第一支撑管（32）上的轴承（317）外圈固定连接有第一气动盘（34），所述第二支撑管（33）上的轴承（317）的外圈固定连接有第二气动盘（35），所述第一气动盘（34）和第二气动盘（35）的内部均设置有连通腔（327），所述第一支撑管（32）上设置有与第一气动盘（34）内部连通腔（327）相连通的充气口（319），所述第二支撑管（33）上设置有与第二气动盘（35）内部连通腔（327）相连通的充气口（319），所述第一气动盘（34）的表面开设有若干个第一气动口（320），若干个所述第一气动口（320）的内壁均开设有向上倾斜的第一喷气口（321），若干个所述第一喷气口（321）统一沿着顺时针方向喷射气体，所述第二气动盘（35）的表面开设有若干个第二气动口（322），若干个所述第二气动口（322）的内壁均开设有向下倾斜的第二喷气口（323），若干个所述第二喷气口（323）统一沿着顺时针方向喷射气体，所述第一气动盘（34）和第二气动盘（35）的表面均呈圆形状，所述第二气动盘（35）位于第一气动盘（34）的上方。

2.根据权利要求1所述的一种碳纳米材料加工用纯化设备，其特征在于：所述第二支撑管（33）的内部和加热箱（312）的内部均固定安装有电加热管（314），所述电加热管（314）的内部固定连接有电加热丝（315），所述纯化加工箱（1）的表面固定安装有电开关（316），所述电开关（316）的输出端与电加热丝（315）的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种碳纳米材料加工用纯化设备，其特征在于：所述纯化加工箱（1）的内部固定安装有电加热棒（324），所述纯化加工箱（1）的内部固定安装有温度传感器（325），所述纯化加工箱（1）的表面固定安装有总控制器（326），所述总控制器（326）上设置有控制开关（318），所述温度传感器（325）的输出端通过信号线与总控制器（326）的输入端连接，所述总控制器（326）的输出端控制开关（318）的输入端连接，所述控制开关（318）的输出端与电加热棒（324）的输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的一种碳纳米材料加工用纯化设备，其特征在于：所述纯化加工箱（1）的表面铰接有密封门（6），所述密封门（6）的表面套接有密封圈（7），所述密封门（6）的表面固定安装有扣锁（8），所述密封门（6）的表面通过扣锁（8）与纯化加工箱（1）的表面固定连接。

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