CN116462189A - 一种去除碳纳米管金属杂质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除碳纳米管金属杂质的方法，涉及碳纳米管加工技术领域，包括步骤一：粉碎原材料、步骤二：混合搅拌、步骤三：一次除杂、步骤四：烘干混合液和步骤五；收集并二次除杂；通过粉碎原材料和混合搅拌，便于碳纳米管原料与内部参杂的金属分离，便于后期去除金属杂质；通过进行一次除杂，使用电磁铁板吸附混合液中大量金属杂质，对碳纳米管原料混合液体进行除杂；通过将混合液进行烘干后对干燥的碳纳米管原料进行收集，在收集的过程中对碳纳米管原料内金属杂质进行吸附，完成二次除杂。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管加工技术领域，尤其是涉及一种去除碳纳米管金属杂质的方法。
背景技术
公知的, 碳纳米管是碳原子的封闭圆柱形纳米结构，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。近年来，碳纳米管因其管状、低密度、导热系数超过金刚石、独特的电学和力学性能等优点引起了人们的广泛关注。由于具有优异的电学特性，碳纳米管可用于锂电池、超级电容器、传感器和燃料电池。此外，碳纳米管具有优异的抗拉强度(>100 GPa)、高杨氏模量(~1 TPa)和高弹性模量，这使得它们可用于制备碳纳米管增强聚合物复合材料、增强填料、固态电池和纳米复合材料。
碳纳米管有多种成熟的制备方法，其中化学气相沉积法 (CVD) 的应用最为广泛，CVD 方法生成的碳纳米管通常含有各种各样的杂质，如非晶态碳、石墨纳米颗粒、富勒烯和合成过程中使用的催化剂颗粒残留的金属杂质，这些金属杂质通常是Fe、Co和Ni，这些金属杂质会降低碳纳米管的机械性能、导电性和热稳定性，尤其目前在新能源领域的高速发展情况下，对于锂电池的生产过程，不纯净的碳纳米管使用会严重影响电池循环寿命，且降低电池的容量和稳定性，现在去除碳纳米管中金属杂质的工艺中，会使用永磁铁进行直接进行吸附除杂，除杂的效果不完全，难以得到更加纯净的碳纳米管材料，造成锂电池的生产质量难以得到有效提升。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种去除碳纳米管金属杂质的方法，本发明通过粉碎原材料和混合搅拌，便于碳纳米管原料与内部参杂的金属分离，便于后期去除金属杂质。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种去除碳纳米管金属杂质的方法，包括以下步骤：
步骤一：粉碎原材料，通过去除碳纳米管金属杂质设备将碳纳米管原材料粉碎成粉末状并筛分，过滤出较大的颗粒回收；
步骤二：混合搅拌，将粉末与水进行充分搅拌形成混合液；
步骤三：一次除杂，对混合液内的金属吸附进行吸附，将混合液进行第一次除杂；
步骤四：烘干混合液，烘干混合液内水分，得到干燥的碳纳米管原材料粉末；
步骤五；二次除杂并收集，对干燥的碳纳米管原材料粉末进行二次吸附除杂，除杂后得到纯净的碳纳米管原料。
所述去除碳纳米管金属杂质设备，包括粉碎装置、搅拌箱、除杂箱、干燥箱和收集装置，粉碎装置下方设有搅拌箱，搅拌箱的一侧设有除杂箱，除杂箱与搅拌箱通过离心泵和输料管相连接，离心泵的进料端与搅拌箱相连接，离心泵的出料端与输料管相连接，输料管的另一端设置在除杂箱内，除杂箱的上方设有第一风机，除杂箱的下方设有干燥箱，干燥箱的一侧设有收集装置，干燥箱与收集装置通过螺旋输送机相连接，螺旋输送机的进料端设置在干燥箱内，螺旋输送机的出料端与收集装置连接，第一风机的出风端与螺旋输送机的出料端连通。
所述粉碎装置由粉碎机、撑杆和带式运输机构成，粉碎机的上部面设有进料斗，粉碎机下部面为出料端，粉碎机的侧面设有第一门体，粉碎机的下部面分布有撑杆，粉碎机的一侧设有带式运输机，带式运输机的出料端设置在进料斗上方。
所述粉碎机的下方设有筛选装置，筛选装置由漏斗、阀门、限位环、筛网、缓冲块、第一震动机和防尘罩构成，漏斗设置在粉碎机下方，漏斗与粉碎机的出料端连通，漏斗的下部面设有阀门，阀门下方设有搅拌箱，漏斗的内壁上设有限位环，限位环的侧面与漏斗的内壁相连接，限位环的内壁设有环形凹槽，限位环内设有筛网，筛网的侧面分布有缓冲块，缓冲块设置在限位环的凹槽内，筛网的上部面设有第一震动机，第一震动机上设有防尘罩，通过第一门体可观测和回收筛网上大颗粒的原材料。
所述搅拌箱的上部面设有第一进料口和离心泵，离心泵的进料端设置在搅拌箱内，阀门的下端设置在第一进料口内，搅拌箱的侧面设有进水管，搅拌箱的底部面设有搅拌轴，搅拌轴的下端与搅拌箱的底部面转动连接，搅拌轴的侧面分布有搅拌叶，搅拌箱的顶部面设有电机，电机的转子与搅拌轴的上端套有皮带，电机的转子通过皮带带动搅拌轴转动。
所述除杂箱的上部面设有第二进料口，除杂箱的下部面设有出料口，除杂箱的侧面设有第二门体，除杂箱内自上而下交错分布有吸附板，吸附板的一端与除杂箱内壁的一侧相连接，下方相邻的吸附板的一端与除杂箱内壁的另一侧相连接，吸附板与除杂箱相连接一端高于另一端，吸附板的两侧分别于除杂箱相对的两内壁相连接，各吸附板的下部面均设有第二震动机，第二震动机产生的震动方便吸附板上方液体滑落。
所述吸附板内均设有电磁铁板，吸附板与除杂箱连接一端设有连接头，连接头一端与电磁铁板相连接，连接头的另一端穿过除杂箱的内壁与外部电源电性连接。
所述干燥箱的上部面与除杂箱的下部面相连接，干燥箱的上部面设有第三进料口，第三进料口设置在出料口的正下方，干燥箱的侧面分布有排气管，干燥箱内自上而下交错分布有滑板，滑板的一端与干燥箱内壁的一侧相连接，下方相邻的滑板的一端与干燥箱内壁的另一侧相连接，滑板与干燥箱相连接一端高于另一端，滑板的两侧分别于干燥箱相对的两内壁相连接，各滑板的下部面均设有加热板，加热板对混合液进行加热，加速水分的蒸发。
所述干燥箱的侧面分布有第二风机，第二风机穿过干燥箱的侧面与内壁，第二风机设置在相邻的两滑板之间，第二风机将蒸发的水蒸气向上吹，使其快速排出干燥箱，并且使得混合液表面空气流速增加，快速完成干燥。
所述收集装置由旋风除尘器和集料布袋构成，螺旋输送机的出料端与旋风除尘器的进气口连接，旋风除尘器的排灰口套有集料布袋，旋风除尘器的内壁上均匀分布有电磁铁板，旋风除尘器内电磁铁板将内部随气流飘散的金属颗粒吸附，进行二次除杂。
本发明所述的一种去除碳纳米管金属杂质的方法，通过粉碎原材料和混合搅拌，便于碳纳米管原料与内部参杂的金属分离，便于后期去除金属杂质；通过进行一次除杂，使用电磁铁板吸附混合液中大量金属杂质，对碳纳米管原料混合液体进行除杂；通过将混合液进行烘干后对干燥的碳纳米管原料进行收集，在收集的过程中对碳纳米管原料内金属杂质进行吸附，完成二次除杂。
附图说明
图1为本发明的位置关系示意图；
图2为本发明的筛选装置截面图；
图3为本发明的搅拌箱截面图；
图4为本发明的除杂箱截面图；
图5为本发明的吸附板截面图；
图6为本发明的干燥箱截面图；
图7为本发明的旋风除尘器截面图；
图中：1、粉碎机；2、进料斗；3、第一门体；4、撑杆；5、带式运输机；6、筛选装置；7、搅拌箱；8、进水管；9、离心泵；10、输料管；11、除杂箱；12、第二门体；13、干燥箱；14、排气管；15、螺旋输送机；16、第一风机；17、旋风除尘器；18、集料布袋；19、漏斗；20、阀门；21、限位环；22、筛网；23、缓冲块；24、第一震动机；25、防尘罩；26、第一进料口；27、搅拌轴；28、搅拌叶；29、电机；30、皮带；31、第二进料口；32、出料口；33、吸附板；34、第二震动机；35、电磁铁板；36、连接头；37、第三进料口；38、滑板；39、加热板；40、第二风机。
实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
结合附图1~7一种去除碳纳米管金属杂质的方法，包括以下步骤：
步骤一：粉碎原材料，通过去除碳纳米管金属杂质设备将碳纳米管原材料粉碎成粉末状并筛分，过滤出较大的颗粒回收；
步骤二：混合搅拌，将粉末与水进行充分搅拌形成混合液；
步骤三：一次除杂，对混合液内的金属吸附进行吸附，将混合液进行第一次除杂；
步骤四：烘干混合液，烘干混合液内水分，得到干燥的碳纳米管原材料粉末；
步骤五；二次除杂并收集，对干燥的碳纳米管原材料粉末进行二次吸附除杂，除杂后得到纯净的碳纳米管原料。
一种去除碳纳米管金属杂质设备，包括粉碎装置、搅拌箱7、除杂箱11、干燥箱13和收集装置，粉碎装置下方设有搅拌箱7，搅拌箱7的一侧设有除杂箱11，除杂箱11与搅拌箱7通过离心泵9和输料管10相连接，离心泵9的进料端与搅拌箱7相连接，离心泵9的出料端与输料管10相连接，输料管10的另一端设置在除杂箱11内，除杂箱11的上方设有第一风机16，除杂箱11的下方设有干燥箱13，干燥箱13的一侧设有收集装置，干燥箱13与收集装置通过螺旋输送机15相连接，螺旋输送机15的进料端设置在干燥箱13内，螺旋输送机15的出料端与收集装置连接，第一风机16的出风端与螺旋输送机15的出料端连通。
所述粉碎装置由粉碎机1、撑杆4和带式运输机5构成，粉碎机1的上部面设有进料斗2，粉碎机1下部面为出料端，粉碎机1的侧面设有第一门体3，粉碎机1的下部面分布有撑杆4，粉碎机1的一侧设有带式运输机5，带式运输机5的出料端设置在进料斗2上方。
所述粉碎机1的下方设有筛选装置6，筛选装置6由漏斗19、阀门20、限位环21、筛网22、缓冲块23、第一震动机24和防尘罩25构成，漏斗19设置在粉碎机1下方，漏斗19与粉碎机1的出料端连通，漏斗19的下部面设有阀门20，阀门20下方设有搅拌箱7，漏斗19的内壁上设有限位环21，限位环21的侧面与漏斗19的内壁相连接，限位环21的内壁设有环形凹槽，限位环21内设有筛网22，筛网22的侧面分布有缓冲块23，缓冲块23设置在限位环21的凹槽内，筛网22的上部面设有第一震动机24，第一震动机24上设有防尘罩25，通过第一门体3可观测和回收筛网22上大颗粒的原材料。
所述搅拌箱7的上部面设有第一进料口26和离心泵9，离心泵9的进料端设置在搅拌箱7内，阀门20的下端设置在第一进料口26内，搅拌箱7的侧面设有进水管8，搅拌箱7的底部面设有搅拌轴27，搅拌轴27的下端与搅拌箱7的底部面转动连接，搅拌轴27的侧面分布有搅拌叶28，搅拌箱7的顶部面设有电机29，电机29的转子与搅拌轴27的上端套有皮带30，电机29的转子通过皮带30带动搅拌轴27转动。
所述除杂箱11的上部面设有第二进料口31，除杂箱11的下部面设有出料口32，除杂箱11的侧面设有第二门体12，除杂箱11内自上而下交错分布有吸附板33，吸附板33的一端与除杂箱11内壁的一侧相连接，下方相邻的吸附板33的一端与除杂箱11内壁的另一侧相连接，吸附板33与除杂箱11相连接一端高于另一端，吸附板33的两侧分别于除杂箱11相对的两内壁相连接，各吸附板33的下部面均设有第二震动机34，第二震动机34产生的震动方便吸附板33上方液体滑落。
所述吸附板33内均设有电磁铁板35，吸附板33与除杂箱11连接一端设有连接头36，连接头36一端与电磁铁板35相连接，连接头36的另一端穿过除杂箱11的内壁与外部电源电性连接。
所述干燥箱13的上部面与除杂箱11的下部面相连接，干燥箱13的上部面设有第三进料口37，第三进料口37设置在出料口32的正下方，干燥箱13的侧面分布有排气管14，干燥箱13内自上而下交错分布有滑板38，滑板38的一端与干燥箱13内壁的一侧相连接，下方相邻的滑板38的一端与干燥箱13内壁的另一侧相连接，滑板38与干燥箱13相连接一端高于另一端，滑板38的两侧分别于干燥箱13相对的两内壁相连接，各滑板38的下部面均设有加热板39，加热板39对混合液进行加热，加速水分的蒸发。
所述干燥箱13的侧面分布有第二风机40，第二风机40穿过干燥箱13的侧面与内壁，第二风机40设置在相邻的两滑板38之间，第二风机40将蒸发的水蒸气向上吹，使其快速排出干燥箱13，并且使得混合液表面空气流速增加，快速完成干燥。
所述收集装置由旋风除尘器17和集料布袋18构成，螺旋输送机15的出料端与旋风除尘器17的进气口连接，旋风除尘器17的排灰口套有集料布袋18，旋风除尘器17的内壁上均匀分布有电磁铁板35，旋风除尘器17内电磁铁板35将内部随气流飘散的金属杂质吸附，进行二次除杂。
实施例，所述的一种去除碳纳米管金属杂质的方法，是用于除去碳纳米管中的Fe、Co和Ni金属杂质，先将原材料粉碎，生产时将碳纳米管原材料放置在带式运输机5上，碳纳米管原材料通过进料斗2落在粉碎机1内，粉碎机1将碳纳米管原材料粉碎成粉末状，粉末落在筛选装置6上进行筛分，过滤出较大的颗粒回收，筛分后的原材料粉末落在下方的搅拌箱7内，通过进水管8向内部加水，然后启动电机29带动搅拌轴27进行混合搅拌，将粉末与水在搅拌箱7内进行充分搅拌形成混合液，充分搅拌后，离心泵9将混合液抽出进入上方的除杂箱11内，混合液落在上方的吸附板33上，并向较低一端流下，在流下的过程中，吸附板33内的电磁铁板35将混合液内的金属颗粒吸附在吸附板33表面，并且第二震动机34产生的震动方便吸附板33上方液体滑落，吸附的过程对混合液进行第一次除杂，第一次除杂后的液体落在下方干燥箱13内，液体落在上方的滑板38上，并向较低一端流下，在流下的过程中，滑板38下方的加热板39将液体加热，使得水分蒸发，各滑板38之间的第二风机40将蒸发的水蒸气向上吹，使水蒸气快速通过排气管14排出干燥箱13，并且使得液体表面空气流速增加，快速完成干燥，螺旋输送机15将干燥后的材料向收集装置运输，第一风机16产生的气流将原材料吹进旋风除尘器17中，气流混合原材料在旋风除尘器17内旋转，旋风除尘器17内的各电磁铁板35将内部随气流飘散的粉末中的金属颗粒吸附，进行二次除杂，二次除杂后的原材料落在下方的收集布袋18内，从而得到纯净的碳纳米管原料。
本发明未详述部分为现有技术，尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，具体实现该技术方案方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：粉碎原材料，通过去除碳纳米管金属杂质设备将碳纳米管原材料粉碎成粉末状并筛分，过滤出较大的颗粒回收；
步骤二：混合搅拌，将粉末与水进行充分搅拌形成混合液；
步骤三：一次除杂，对混合液内的金属吸附进行吸附，将混合液进行第一次除杂；
步骤四：烘干混合液，烘干混合液内水分，得到干燥的碳纳米管原材料粉末；
步骤五；二次除杂并收集，对干燥的碳纳米管原材料粉末进行二次吸附除杂，除杂后得到纯净的碳纳米管原料。
2.根据权利要求1所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征在于：步骤一中，所述去除碳纳米管金属杂质设备包括粉碎装置、搅拌箱（7）、除杂箱（11）、干燥箱（13）和收集装置，粉碎装置下方设有搅拌箱（7），搅拌箱（7）的一侧设有除杂箱（11），除杂箱（11）与搅拌箱（7）通过离心泵（9）和输料管（10）相连接，离心泵（9）的进料端与搅拌箱（7）相连接，离心泵（9）的出料端与输料管（10）相连接，输料管（10）的另一端设置在除杂箱（11）内，除杂箱（11）的上方设有第一风机（16），除杂箱（11）的下方设有干燥箱（13），干燥箱（13）的一侧设有收集装置，干燥箱（13）与收集装置通过螺旋输送机（15）相连接，螺旋输送机（15）的进料端设置在干燥箱（13）内，螺旋输送机（15）的出料端与收集装置连接，第一风机（16）的出风端与螺旋输送机（15）的出料端连通。
3.根据权利要求2所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述粉碎装置由粉碎机（1）、撑杆（4）和带式运输机（5）构成，粉碎机（1）的上部面设有进料斗（2），粉碎机（1）下部面为出料端，粉碎机（1）的侧面设有第一门体（3），粉碎机（1）的下部面分布有撑杆（4），粉碎机（1）的一侧设有带式运输机（5），带式运输机（5）的出料端设置在进料斗（2）上方。
4.根据权利要求3所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述粉碎机（1）的下方设有筛选装置（6），筛选装置（6）由漏斗（19）、阀门（20）、限位环（21）、筛网（22）、缓冲块（23）、第一震动机（24）和防尘罩（25）构成，漏斗（19）设置在粉碎机（1）下方，漏斗（19）与粉碎机（1）的出料端连通，漏斗（19）的下部面设有阀门（20），阀门（20）下方设有搅拌箱（7），漏斗（19）的内壁上设有限位环（21），限位环（21）的侧面与漏斗（19）的内壁相连接，限位环（21）的内壁设有环形凹槽，限位环（21）内设有筛网（22），筛网（22）的侧面分布有缓冲块（23），缓冲块（23）设置在限位环（21）的凹槽内，筛网（22）的上部面设有第一震动机（24），第一震动机（24）上设有防尘罩（25）。
5.根据权利要求2所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述搅拌箱（7）的上部面设有第一进料口（26）和离心泵（9），离心泵（9）的进料端设置在搅拌箱（7）内，阀门（20）的下端设置在第一进料口（26）内，搅拌箱（7）的侧面设有进水管（8），搅拌箱（7）的底部面设有搅拌轴（27），搅拌轴（27）的下端与搅拌箱（7）的底部面转动连接，搅拌轴（27）的侧面分布有搅拌叶（28），搅拌箱（7）的顶部面设有电机（29），电机（29）的转子与搅拌轴（27）的上端套有皮带（30），电机（29）的转子通过皮带（30）带动搅拌轴（27）转动。
6.根据权利要求2所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述除杂箱（11）的上部面设有第二进料口（31），除杂箱（11）的下部面设有出料口（32），除杂箱（11）的侧面设有第二门体（12），除杂箱（11）内自上而下交错分布有吸附板（33），吸附板（33）的一端与除杂箱（11）内壁的一侧相连接，下方相邻的吸附板（33）的一端与除杂箱（11）内壁的另一侧相连接，吸附板（33）与除杂箱（11）相连接一端高于另一端，吸附板（33）的两侧分别于除杂箱（11）相对的两内壁相连接，各吸附板（33）的下部面均设有第二震动机（34）。
7.根据权利要求6所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述吸附板（33）内均设有电磁铁板（35），吸附板（33）与除杂箱（11）连接一端设有连接头（36），连接头（36）一端与电磁铁板（35）相连接，连接头（36）的另一端穿过除杂箱（11）的内壁与外部电源电性连接。
8.根据权利要求2所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述干燥箱（13）的上部面与除杂箱（11）的下部面相连接，干燥箱（13）的上部面设有第三进料口（37），第三进料口（37）设置在出料口（32）的正下方，干燥箱（13）的侧面分布有排气管（14），干燥箱（13）内自上而下交错分布有滑板（38），滑板（38）的一端与干燥箱（13）内壁的一侧相连接，下方相邻的滑板（38）的一端与干燥箱（13）内壁的另一侧相连接，滑板（38）与干燥箱（13）相连接一端高于另一端，滑板（38）的两侧分别于干燥箱（13）相对的两内壁相连接，各滑板（38）的下部面均设有加热板（39）。
9.根据权利要求8所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述干燥箱（13）的侧面分布有第二风机（40），第二风机（40）穿过干燥箱（13）的侧面与内壁，第二风机（40）设置在相邻的两滑板（38）之间。
10.根据权利要求2所述的去除碳纳米管金属杂质的方法，其特征是：所述收集装置由旋风除尘器（17）和集料布袋（18）构成，螺旋输送机（15）的出料端与旋风除尘器（17）的进气口连接，旋风除尘器（17）的排灰口套有集料布袋（18），旋风除尘器（17）的内壁上均匀分布有电磁铁板（35）。
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