CN201567235U - 一种碳纳米管的生产装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开的碳纳米管生产装置，包括卧式结构的反应腔，反应腔内有N根石英反应管，N≥1、在每根石英反应管的底部有耐热钢或耐热合金衬垫，并利用耐火砖架固定在反应腔内，每根石英反应管内置有一个用于放置催化剂的石英舟，在反应腔外设置有加热装置和温控柜，碳氢气体储罐、氢气储罐和氮气储罐分别通过气体质量流量控制器经气体混合器和石英反应管连通，石英反应管废气排出口与废气回收处理器相连。本实用新型结构简单，操作容易，可大幅度地提高碳纳米管的产量，节省能耗和生产成本，同时也可以提高石英反应管的高温稳定性和使用寿命。

Description

一种碳纳米管的生产装置
技术领域
本实用新型涉及一种碳纳米管的生产装置，特别是涉及一种以催化化学气相沉积法制备碳纳米管的生产装置。
背景技术
碳纳米管是1991年发现的一种新型碳结构，具有优异的机械、力学、电子、光学、热学和储能性能，在电子、化学、微机械、能源等多个领域具有潜在的广泛应用。利用其优异的机械、力学性能和电学性能，将其添加到各种金属、非金属或高分子材料中，可以增强材料的各种性能，并提高其导电性；利用其优异的发射电子性能，可以获得低驱动电压的场发射平板显示器；利用其纳米尺寸和导电性能，可以进行微型机电系统设计；利用其独特的空腔结构作为反应器，能够研究多种物质在纳米尺寸的行为；利用其空腔结构产生的高比表面积，能够用作镍氢电池、锂离子电池或燃料电池的电极材料。
目前，碳纳米管的主要制备方法有电弧放电法、激光蒸发法和催化化学气相沉积法等方法。电弧放电法主要用于制备单壁碳纳米管，反应温度高达3000℃以上；激光蒸发法是利用激光的高温使得石墨中的碳原子挥发进行重构，要求的实验条件较高；催化化学气相沉积法是以易分解的甲烷或其它碳氢气体为碳源，在600～1000℃温度范围内和过渡金属元素催化剂的作用下，使碳源分解生成碳纳米管。以催化裂解含碳气体来制备碳纳米管的方法反应条件简单、反应温度较低，反应参数易于控制，而且，生产设备简单，碳纳米管的生产成本低廉，特别适用于大规模的生产。
用催化化学气相沉积法生产碳纳米管大多采用卧式生产设备，通常包含一个卧式结构的反应腔，在反应腔内设有一根石英反应管，石英反应管内设有一个放置催化剂的石英舟，在反应腔外设置有电阻加热装置和温控柜、一组用于调节甲烷或其它碳氢气体、氢气和氮气的质量流量控制器和气体混合器，以及一组废气回收处理器。
在这种卧式结构的反应腔中，通常结构只设置一根石英反应管和一个石英舟，使碳纳米管的产量受到了很大的限制，也造成高温反应时加热能源的大量浪费，增加了碳纳米管的生产成本；同时，由于石英反应管长期工作在高温条件下，直接将石英反应管置于反应腔的腔体中，很难保证其高温稳定性和使用寿命。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种有利于提高使用寿命，降低能耗，提高产量的碳纳米管的生产装置。
本实用新型的碳纳米管的生产装置，包括卧式反应腔、置于反应腔内的石英反应管、石英舟、设在反应腔外的加热装置和温控柜、与石英反应管连通的碳氢气体储罐、氢气储罐和氮气储罐、一组用于调节各气体质量流量的控制器、气体混合器和废气回收处理器，其特征是石英反应管有N个，N≥1，每根石英反应管中置有一个石英舟，每根石英反应管的底部有耐热钢或耐热合金衬垫，并利用耐火砖架固定在反应腔内。
上述耐热钢或耐热合金衬垫的耐热温度＞1100℃。
本实用新型具有以下优点：
1.在卧式结构反应腔中，设置N根石英反应管，N≥1，每根石英反应管内设有一个放置催化剂的石英舟，由此使放置催化剂的石英舟数量提高了N倍，碳纳米管的产量由此也提高N倍。
2.每根石英反应管同时加温，大幅度地减少能源耗费，使加热能源节省了约N倍。
3.在每根石英反应管的底部设置耐热钢或耐热合金衬垫，可提高石英反应管的高温稳定性并延长其使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型的碳纳米管生产装置示意图；
图中：1-反应腔，2-石英反应管，3-耐火砖架，4-石英舟，6-加热装置，7-温控柜，8-碳氢气体储罐，9-氢气储罐，10-氮气储罐，11，12，13-质量流量控制器，14-气体混合器，16-废气回收处理器，17-耐热钢或耐热合金衬垫。
图2是在反应腔中设置有三根石英反应管和三个石英舟的示意图。
图3是在反应腔中设置有四根石英反应管和四个石英舟的示意图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型的碳纳米管的生产装置，包括卧式结构的反应腔1，反应腔内有N根石英反应管2，N≥1、在每根石英反应管的底部有耐热钢衬垫17，并固定在耐火砖架3上，每根石英反应管内置有一个用于放置催化剂的石英舟4，在反应腔外设置有加热装置6和温控柜7，碳氢气体储罐8、氢气储罐9和氮气储罐10分别通过气体质量流量控制器11、12、13经气体混合器14和石英反应管连通，石英反应管废气排出口与废气回收处理器16相连。
图2所示，在卧式反应腔1内设置有3根石英反应管2，即N＝3，每根石英反应管内有一个用于放置催化剂的石英舟4，在每根石英反应管的底部有耐热钢衬垫17。
图3所示，在卧式反应腔1内设置有4根石英反应管2，即N＝4，每根石英反应管内有一个用于放置催化剂的石英舟4，在每根石英反应管的底部有耐热钢衬垫17。

Claims (1)

1.一种碳纳米管的生产装置，包括卧式反应腔(1)、置于反应腔内的石英反应管(2)、石英舟(4)、设在反应腔外的加热装置(6)和温控柜(7)、与石英反应管(2)连通的碳氢气体储罐(8)、氢气储罐(9)和氮气储罐(10)，一组用于调节各气体质量流量的控制器(11)、(12)、(13)，气体混合器(14)和废气回收处理器(16)，其特征是石英反应管(2)有N个，N≥1，每根石英反应管中置有一个石英舟，每根石英反应管的底部有耐热钢或耐热合金衬垫(17)，并利用耐火砖架(3)固定在反应腔内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104860295A (zh) * 2015-05-11 2015-08-26 苏州德生材料科技有限公司 自动化制备高纯碳纳米管的装置以及方法
CN111285353A (zh) * 2020-04-07 2020-06-16 李宗奎 一种天然气催化裂解制备碳纳米管的系统及方法

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