CN111871810A - 一种用于碳纳米管制备的除杂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于碳纳米管制备的除杂装置，包括釜体，所述釜体的底端设置有多个支撑脚，所述釜体的中部设置有进液管，所述釜体的底端设置有排水管，所述排水管上设置有过滤箱，所述釜体的上端设置有密封盖；所述釜体内对称设置有两个筛板，所述筛板采用中空结构，所述筛板的上端设置有多个与外界连通的微孔，两个所述筛板相互靠近的一端共同转动连接有杆体，所述杆体采用中空结构。本发明采用气动力筛板设计，筛板采用中空设计，且其上开设有微孔，通过微孔不断的向上喷射气体，由于碳纳米管为六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，在气动力筛选时可以快速与石墨微粒在气动力作用下分离，起到了辅助除杂的作用。

Description

一种用于碳纳米管制备的除杂装置
技术领域
本发明涉及碳纳米管制备技术领域，尤其涉及一种用于碳纳米管制备的除杂装置。
背景技术
现有的制备碳纳米管的方法主要有电弧放电法、激光刻蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、火焰合成法、辉光放电法和聚合反应合成法等。在诸多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。催化剂大多选用铁、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的残留有金属催化剂，这些金属杂质的存在会直接影响碳纳米管的性能，从而在很大程度上制约碳纳米管在诸多领域的应用。因此，为了获得高纯碳纳米管，必须对碳纳米管粗品进行除杂。
目前在碳纳米管的制备中，需要对其进行除杂，杂质包括金属催化剂、石墨微粒(一般粒度大于碳纳米管)等等，目前除去碳纳米管中的金属催化剂大多采用化学方法，根据催化剂粒子自身的性质，用气体、酸、盐等化学试剂与之反应，生成易挥发或者可溶性的物质，达到分离提纯的效果，但是此方法无法过滤出石墨微粒，使得碳纳米管除杂不完全。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的问题，而提出的一种用于碳纳米管制备的除杂装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于碳纳米管制备的除杂装置，包括釜体，所述釜体的底端设置有多个支撑脚，所述釜体的中部设置有进液管，所述釜体的底端设置有排水管，所述排水管上设置有过滤箱，所述釜体的上端设置有密封盖；
所述釜体内对称设置有两个筛板，所述筛板采用中空结构，所述筛板的上端设置有多个与外界连通的微孔，两个所述筛板相互靠近的一端共同转动连接有杆体，所述杆体采用中空结构，所述杆体连通有进气软管，两个所述筛板相互远离的一端均连接有限位机构，所述限位机构设置在釜体上；
所述密封盖的上端固定连接有壳体，所述壳体内设置有双档位间隙驱动机构，所述双档位间隙驱动机构的输出端与杆体连接；
所述壳体内设置有弹性复位机构，所述弹性复位机构的一端与壳体的内壁连接，所述弹性复位机构的另一端与杆体连接；
所述釜体的内中部对称转动连接有两个隔板，两个隔板运动至水平时将釜体分隔成上下两部分空间，两个所述隔板均通过传动机构与筛板连接，当两个所述筛板在杆体的作用下运动时，所述传动机构带动两个隔板翻转运动。
优选地，所述釜体的截面为矩形，所述筛板为矩形，两个所述筛板相互远离的一端上侧均设置有挡板，所述挡板采用矩形结构且其上侧向外侧倾斜。
优选地，所述双档位间隙驱动机构由第一间隙传动机构、第二间隙传动机构和与二者配合使用的齿条构成，所述齿条的底端与杆体固定连接，所述齿条的上端与弹性复位机构连接，所述壳体与第一间隙传动机构、第二间隙传动机构对应的位置均开设有第一凹槽。
优选地，所述第一间隙传动机构由第一电机、第一齿轮组和扇形齿轮构成，所述第一电机安装在壳体的内壁上，所述第一齿轮组的输入端与第一电机的输出轴同轴设置，所述第一齿轮组的输出端与扇形齿轮同轴设置，所述扇形齿轮与齿条间隙啮合。
优选地，所述第二间隙传动机构由第二电机、第二齿轮组和不完全齿轮构成，所述第二电机安装在壳体的内壁上，所述第二齿轮组的输入端与第二电机的输出轴同轴设置，所述第二齿轮组的输出端与不完全齿轮同轴设置，所述不完全齿轮与齿条啮合。
优选地，所述弹性复位机构由弹簧、滑块、光杆、连杆和连接块构成，所述光杆水平焊接在壳体的内壁上，所述滑块的数量为两个且对称滑动连接在光杆上，所述弹簧的数量为两个且对称套设在光杆上，两个所述滑块的底端均转动连接有连杆，两个所述连杆的底端共同与连接块转动连接，所述连接块焊接在齿条的顶端。
优选地，所述限位机构由固定块和T型限位块两部分构成，所述固定块与筛板转动连接，所述固定块与T型限位块固定连接，所述T型限位块间隙穿过釜体，且其头部位于釜体外。
优选地，所述传动机构由拉绳、收纳轮、第一齿轮和第二齿轮构成，所述拉绳的一端固定绕设在收纳轮上，所述拉绳的另一端固定连接在固定块上，所述收纳轮与第一齿轮同轴转动连接在釜体上，所述第二齿轮与第一齿轮啮合且转动连接在釜体上，所述第二齿轮与隔板固定连接。
本发明具备以下优点：
本发明通过设计双档位间隙驱动机构，第一间隙传动机构用于筛板的往复运动，在往复运动的过程中对碳纳米管进行筛分，用于将石墨微粒与碳纳米管分离，采用此物理除杂方法，相比传统技术中化学纯化方法效果更好。
本发明采用气动力筛板设计，筛板采用中空设计，且其上开设有微孔，通过微孔不断的向上喷射气体，由于碳纳米管为六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，在气动力筛选时可以快速与石墨微粒在气动力作用下分离，起到了辅助除杂的作用。
本发明采用物理化学除杂一体化设计，当碳纳米管被物理除杂后，可以进入釜体的底部通过适当的溶剂消除催化剂颗粒，同时分散碳纳米管防止其聚集，便于从催化剂颗粒和无定形碳中纯化出碳纳米管。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中弹性复位机构和双档位间隙驱动机构示意图；
图3为本发明中传动机构示意图；
图4为本发明的另一种状态示意图。
图中：1釜体、2支撑脚、3过滤箱、4排水管、5进液管、6壳体、7弹性复位机构、71弹簧、72滑块、73光杆、74连杆、75连接块、8双档位间隙驱动机构、81齿条、82扇形齿轮、83第一齿轮组、84第一凹槽、85不完全齿轮、86第二齿轮组、9杆体、10进气软管、11筛板、12挡板、13固定块、14T型限位块、15传动机构、151拉绳、152收纳轮、153第一齿轮、154第二齿轮、16隔板、17密封盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-4，一种用于碳纳米管制备的除杂装置，包括釜体1，釜体1的底端设置有多个支撑脚2，釜体1的中部设置有进液管5，釜体1的底端设置有排水管4，排水管4上设置有过滤箱3，釜体1的上端设置有密封盖17。
釜体1内对称设置有两个筛板11，筛板11采用中空结构，筛板11的上端设置有多个与外界连通的微孔，两个筛板11相互靠近的一端共同转动连接有杆体9，杆体9采用中空结构，杆体9连通有进气软管10，两个筛板11相互远离的一端均连接有限位机构，限位机构设置在釜体1上。
限位机构由固定块13和T型限位块14两部分构成，固定块13与筛板11转动连接，固定块13与T型限位块14固定连接，T型限位块14间隙穿过釜体1，且其头部位于釜体1外。限位机构的作用在于，通过T型限位杆14的水平运动来限制筛板11的最大运动幅度。
釜体1的截面为矩形，筛板11为矩形，两个筛板11相互远离的一端上侧均设置有挡板12，挡板12采用矩形结构且其上侧向外侧倾斜，挡板12的设置起到了阻隔的作用，避免碳纳米管向外侧边缘聚集。
壳体6内设置有弹性复位机构，弹性复位机构7的一端与壳体6的内壁连接，弹性复位机构7的另一端与杆体9连接。
弹性复位机构7由弹簧71、滑块72、光杆73、连杆74和连接块75构成，光杆73水平焊接在壳体6的内壁上，滑块72的数量为两个且对称滑动连接在光杆73上，弹簧71的数量为两个且对称套设在光杆73上，两个滑块72的底端均转动连接有连杆74，两个连杆74的底端共同与连接块75转动连接，连接块75焊接在齿条81的顶端。弹性复位机构7的作用在于，在弹簧71的弹力下，实现滑块72、连杆73和齿条81的复位，从而便于配合间隙运动机构实现往复运动。
釜体1的内中部对称转动连接有两个隔板16，两个隔板16运动至水平时将釜体1分隔成上下两部分空间，两个隔板16均通过传动机构与筛板11连接，当两个筛板11在杆体9的作用下运动时，传动机构带动两个隔板16翻转运动。
传动机构由拉绳151、收纳轮152、第一齿轮153和第二齿轮154构成，拉绳151的一端固定绕设在收纳轮152上，拉绳151的另一端固定连接在固定块13上，收纳轮152与第一齿轮153同轴转动连接在釜体1上，第二齿轮154与第一齿轮153啮合且转动连接在釜体1上，第二齿轮154与隔板16固定连接。传动机构的作用在于，通过第一齿轮153和第二齿轮154的啮合，实现反向输出动力，最终实现在拉绳151带动收纳轮152以图3为例逆时针转动时，实现第二齿轮154的顺时针运动，从而实现隔板16的抬起，隔板16在抬起后可以对釜体1的内部空间进行分割，从而避免外界环境对釜体1底部化学除杂的影响。
密封盖17的上端固定连接有壳体6，壳体6内设置有双档位间隙驱动机构8，双档位间隙驱动机构8的输出端与杆体9连接。
参照图2，双档位间隙驱动机构8由第一间隙传动机构、第二间隙传动机构和与二者配合使用的齿条81构成，齿条81的底端与杆体9固定连接，齿条81的上端与弹性复位机构7连接，壳体6与第一间隙传动机构、第二间隙传动机构对应的位置均开设有第一凹槽84。
参照图2，第一间隙传动机构由第一电机、第一齿轮组83和扇形齿轮82构成，第一电机安装在壳体6的内壁上，第一齿轮组83的输入端与第一电机的输出轴同轴设置，第一齿轮组83的输出端与扇形齿轮82同轴设置，扇形齿轮82与齿条81间隙啮合。第一间隙传动机构起到两方面的作用：1、通过第一电机提供动力，通过第一齿轮组83带动扇形齿轮82往复运动，扇形齿轮82带动齿条81上下小幅度往复运动，齿条81通过杆体9带动筛板11小幅度高频率震动，从而便于石墨微粒与碳纳米管的分离。2、由于传动机构的设置，因而固定块13会带动隔板16往复小幅摆动，在隔板16的往复小幅摆动中，会产生局部的正压、负压，从而可在该气动力下辅助上侧石墨微粒与碳纳米管的分离。
参照图2，第二间隙传动机构由第二电机、第二齿轮组86和不完全齿轮85构成，第二电机安装在壳体6的内壁上，第二齿轮组86的输入端与第二电机的输出轴同轴设置，第二齿轮组86的输出端与不完全齿轮85同轴设置，不完全齿轮85与齿条81啮合。第二间隙传动机构起到三方面的作用：1、通过第二电机提供动力，通过第二齿轮组86带动不完全齿轮85转动，值得一提的是，不完全齿轮85的齿数因为扇形齿轮82齿数的1.5倍以上，从而实现筛板11的上下大幅度运动，针对物料积累较多的时候分离效果较好。2、通过传动机构实现底部隔板16的低频大幅度摆动，大幅度摆动产生的正负压更大，尤其适用于物料积累过多的时候。3、由于齿条81的上下大幅度运动，齿条81运动至最上侧时关闭第二电机，通过传动机构实现隔板16的阻隔，便于釜体1底部的化学除杂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“罩盖”、“嵌装”、“连接”、“固定”、“分布”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (8)

1.一种用于碳纳米管制备的除杂装置，包括釜体(1)，其特征在于，所述釜体(1)的底端设置有多个支撑脚(2)，所述釜体(1)的中部设置有进液管(5)，所述釜体(1)的底端设置有排水管(4)，所述排水管(4)上设置有过滤箱(3)，所述釜体(1)的上端设置有密封盖(17)；
所述釜体(1)内对称设置有两个筛板(11)，所述筛板(11)采用中空结构，所述筛板(11)的上端设置有多个与外界连通的微孔，两个所述筛板(11)相互靠近的一端共同转动连接有杆体(9)，所述杆体(9)采用中空结构，所述杆体(9)连通有进气软管(10)，两个所述筛板(11)相互远离的一端均连接有限位机构，所述限位机构设置在釜体(1)上；
所述密封盖(17)的上端固定连接有壳体(6)，所述壳体(6)内设置有双档位间隙驱动机构(8)，所述双档位间隙驱动机构(8)的输出端与杆体(9)连接；
所述壳体(6)内设置有弹性复位机构，所述弹性复位机构(7)的一端与壳体(6)的内壁连接，所述弹性复位机构(7)的另一端与杆体(9)连接；
所述釜体(1)的内中部对称转动连接有两个隔板(16)，两个隔板(16)运动至水平时将釜体(1)分隔成上下两部分空间，两个所述隔板(16)均通过传动机构与筛板(11)连接，当两个所述筛板(11)在杆体(9)的作用下运动时，所述传动机构带动两个隔板(16)翻转运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述釜体(1)的截面为矩形，所述筛板(11)为矩形，两个所述筛板(11)相互远离的一端上侧均设置有挡板(12)，所述挡板(12)采用矩形结构且其上侧向外侧倾斜。
3.根据权利要求1所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述双档位间隙驱动机构(8)由第一间隙传动机构、第二间隙传动机构和与二者配合使用的齿条(81)构成，所述齿条(81)的底端与杆体(9)固定连接，所述齿条(81)的上端与弹性复位机构(7)连接，所述壳体(6)与第一间隙传动机构、第二间隙传动机构对应的位置均开设有第一凹槽(84)。
4.根据权利要求3所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述第一间隙传动机构由第一电机、第一齿轮组(83)和扇形齿轮(82)构成，所述第一电机安装在壳体(6)的内壁上，所述第一齿轮组(83)的输入端与第一电机的输出轴同轴设置，所述第一齿轮组(83)的输出端与扇形齿轮(82)同轴设置，所述扇形齿轮(82)与齿条(81)间隙啮合。
5.根据权利要求3所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述第二间隙传动机构由第二电机、第二齿轮组(86)和不完全齿轮(85)构成，所述第二电机安装在壳体(6)的内壁上，所述第二齿轮组(86)的输入端与第二电机的输出轴同轴设置，所述第二齿轮组(86)的输出端与不完全齿轮(85)同轴设置，所述不完全齿轮(85)与齿条(81)啮合。
6.根据权利要求3所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述弹性复位机构(7)由弹簧(71)、滑块(72)、光杆(73)、连杆(74)和连接块(75)构成，所述光杆(73)水平焊接在壳体(6)的内壁上，所述滑块(72)的数量为两个且对称滑动连接在光杆(73)上，所述弹簧(71)的数量为两个且对称套设在光杆(73)上，两个所述滑块(72)的底端均转动连接有连杆(74)，两个所述连杆(74)的底端共同与连接块(75)转动连接，所述连接块(75)焊接在齿条(81)的顶端。
7.根据权利要求1所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述限位机构由固定块(13)和T型限位块(14)两部分构成，所述固定块(13)与筛板(11)转动连接，所述固定块(13)与T型限位块(14)固定连接，所述T型限位块(14)间隙穿过釜体(1)，且其头部位于釜体(1)外。
8.根据权利要求7所述的一种用于碳纳米管制备的除杂装置，其特征在于，所述传动机构由拉绳(151)、收纳轮(152)、第一齿轮(153)和第二齿轮(154)构成，所述拉绳(151)的一端固定绕设在收纳轮(152)上，所述拉绳(151)的另一端固定连接在固定块(13)上，所述收纳轮(152)与第一齿轮(153)同轴转动连接在釜体(1)上，所述第二齿轮(154)与第一齿轮(153)啮合且转动连接在釜体(1)上，所述第二齿轮(154)与隔板(16)固定连接。
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