CN1378974A - 一种生产纳米碳管的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明以碳氢气为碳先驱体,氮气为载流气体,铁、钴、镍的纳米颗粒或纳米氧化物颗粒作为催化剂,用氮气和碳氢气的混合气体将催化剂吹入反应器中,氮气:碳氢气:催化剂的流量比为2000～500毫升/分钟:500～100毫升/分钟:1克/分钟,反应温度600～800℃,反应时间为20～25分钟,纳米碳管生长完成,由收集器收集。本发明原料来源丰富,成本低,生产的纳米碳管质量高,采用气动方式输运可大大提高生产效率。

Description

一种生产纳米碳管的方法及装置

本发明涉及制备纳米碳管的方法和为实施该方法而设计的装置。

纳米碳管是伴随着C60研究的不断深入而发现的，由于纳米碳管具有特别的电学性能，力学性能，当前对纳米碳管的研究日新月异，需求量不断增加。现在制备纳米碳管的方法有两种，一种是石墨电弧法：在惰性气体中，采用石墨或其它碳材料作为电极，连续的电弧放电，碳从阳极挥发沉淀在阴极，在阴极的产物中就包含了纳米碳管，用该方法制备的纳米碳管石墨化程度高，管体直，管径均匀，位产率十分低。另一种是催化裂解法：在铁、钴、镍基催化剂作用下，利用从碳氢化合物中裂解出来的自由碳原子的沉积合成纳米碳管，虽产量较高，但制得的纳米碳质量较差，石墨化程度较低，并有变形产生，造成纳米碳管的力学性能较差。

本发明的目的是提供一种成本低、能大量生产高质量的纳米碳管的方法及装置。

本发明提供的制备纳米碳管的方法，其特征是以碳氢气为碳先驱体，氮气为载流气体，铁、钴、镍的纳米颗粒或纳米氧化物颗粒作为催化剂，用氮气和碳氢气的混合气体将催化剂吹入反应器中，氮气∶碳氢气∶催化剂的流量比为2000～500毫升/分钟∶500～100毫升/分钟∶1克/分钟，反应温度600～800℃，反应时间为20～25分钟，纳米碳管生长完成，由收集器收集。

上述的碳氢气可以是乙炔或液化石油气或天然气。

用本发明方法制备纳米碳管的装置，包括炉体，置于炉体内的反应器，反应器的一端具有进气口和催化剂进料口，另一端设有收集器和出气口，收集器可以是具有多孔吸头的气泵。

本发明与常规方法相比具有以下优点：

1)生长连续：由于本发明采用气动方式完成原料和纳米碳管成品的输运，大大提高了生产效率；

2)采用气动方式可以使纳米级催化剂分散输运，较少烧结，利于催化剂与碳气氛充分接触，提高纳米碳管产率；

3)本发明生产的纳米碳管石墨化程度高，管壁与管轴方向平行(见图2所示)；

4)原料来源丰富，生产成本低，装置较为简单，投资省。

以下结合附图和实例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的制备纳米碳管的装置；

图2是用本发明方法制得的纳米碳管的电镜高分辨照片。

参照图1，本发明提供的制备纳米碳管的装置，包括炉体1，置于炉体内的反应器2，反应器可以是石英管或内层镀钼的钢管，在反应器的一端具有进气口3和催化剂进料口4，另一端设有收集器5和出气口6，使用时，碳氢气和氮气的混合气体将催化剂连续吹入反应器，反应生成的纳米碳管产物由收集器进行收集。

实施例1

以乙炔为碳先驱体，氮气为载流气体，钴纳米氧化物为催化剂制备纳米碳管。氮气和乙炔的混合气体从反应器进口通入，将纳米级固相催化剂吹入750℃反应区，氮气∶乙炔∶催化剂的流量比为2000毫升/分钟∶300毫升/分钟∶1克/分钟，在催化剂与反应气氛的作用下连续生长纳米碳管，纳米碳管的生长时间由进入反应区开始计算，25分钟反应结束，当反应器内的纳米碳管积聚到一定量(约100克)，由收集器多孔吸头将纳米碳管收集到收集器中。

实施例2

以液化石油气为碳先驱体，氮气为载流气体，钴纳米氧化物为催化剂制备纳米碳管。生产过程同上例，氮气∶液化石油气∶催化剂的流量比为1200毫升/分钟∶400毫升/分钟∶1克/分钟，反应温度为700℃。

Claims (3)

1.一种生产纳米碳管的方法，其特征是以碳氢气为碳先驱体，氮气为载流气体，铁、钴、镍的纳米颗粒或纳米氧化物颗粒作为催化剂，用氮气和碳氢气的混合气体将催化剂吹入反应器中，氮气∶碳氢气∶催化剂的流量比为2000～500毫升/分钟∶500～100毫升/分钟∶1克/分钟，反应温度600～800℃，反应时间为20～25分钟，纳米碳管生长完成，由收集器收集。

2.按权利要求1所述的生产纳米碳管的方法，其特征是所说的碳氢气是乙炔或液化石油气或天然气。

3.用权利要求1所述方法生产纳米碳管的装置，其特征是它包括炉体[1]，置于炉体内的反应器[2]，在反应器的一端具有进气口[3]和催化剂进料口[4]，另一端设有收集器[5]和出气口[6]。

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