CN203816601U - 一种制备碳纳米管的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的制备碳纳米管的装置，包括卧式反应腔，反应腔内有N根石英反应管，N≥1、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经过各自气体调节器、N通连接管后分别与N个三通道气体质量流量控制器的进气口相连，N个三通道气体质量流量控制器的出气口分别经气体混合器与N根石英反应管的一端连通，每根石英反应管的另一端分别与废气回收处理器相连。本实用新型结构简单，操作容易，可精确控制进入每根石英反应管的碳氢气体、氢气和氮气的流量，由此大幅度提高碳纳米管生产的稳定性和产量，并节省能耗和生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制备碳纳米管的装置，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；专利ZL 2009 2 0201439.5虽采用了多根石英反应管，但只用了一套气体质量流量控制器对进入多根石英反应管的气体流量进行控制，由于每根石英反应管路的气阻存在差异，在相同的气压下，将使进入每根石英反应管的气体流量不同，由此造成了每根石英反应管内的催化剂反应结果不同，致使每根石英反应管生产的碳纳米管产量和质量不同，碳纳米管产品的生产稳定性下降。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能耗低、有利于精确控制进入每根石英反应管反应腔气体流量的制备碳纳米管的装置。
本实用新型的制备碳纳米管的装置包括卧式反应腔 、碳氢气体储罐、氢气储罐、氮气储罐、N个三通道气体质量流量控制器和N个气体混合器，在卧式反应腔内有N根石英反应管，N≥1，每根石英反应管内置有一个石英舟，在卧式反应腔外设有加热装置和温控柜，碳氢气体储罐、氢气储罐和氮气储罐经过各自气体调节器和N通连接管分别与N个三通道气体质量流量控制器的进气口相连，N个三通道气体质量流量控制器的出气口分别与N个气体混合器的进气口相连，N个气体混合器的出气口分别与N根石英反应管的一端连通，每根石英反应管的另一端分别与废气回收处理器相连。
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. 进入每根石英反应管的碳氢气体、氢气和氮气的流量分别通过独自调节气体的三通道气体质量流量控制器进行精确控制，由此可提高每根石英反应管内的催化剂反应精度，达到提高碳纳米管生产的稳定性、质量和产量。
附图说明
图1是制备碳纳米管的装置示意图；
图中：1—反应腔，2—石英反应管， 3—石英舟，4—加热装置，5—温控柜，6—石英反应管耐火砖架，7—碳氢气体储罐，8—氢气储罐，9—氮气储罐，10—气体调节器，11—三通连接管，12—三通道气体质量流量控制器，13—气体混合器，14—废气回收处理器。
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。
具体实施方式
参照图1，本实用新型的制备碳纳米管的装置包括卧式反应腔1，图例中，反应腔内有三根石英反应管2，每根石英反应管固定在耐火砖架6上，每根石英反应管内置有一个用于放置催化剂的石英舟3（见图2），在反应腔外设置有加热装置4和温控柜5，碳氢气体储罐7、氢气储罐8和氮气储罐9通过各自设置在出口的气体调节器10，经由三通连接管11分别与三个三通道气体质量流量控制器12的进气口相连，三通道气体质量流量控制器12的出气口分别与三个气体混合器13的进气口相连，三个气体混合器13的出气口分别与三根石英反应管2的一端连通，每根石英反应管2的另一端与各自的废气回收处理器14相连。
Claims (1)
1.一种制备碳纳米管的装置，其特征是包括卧式反应腔(1) 、碳氢气体储罐(7)、氢气储罐(8)、氮气储罐(9)、N个三通道气体质量流量控制器(12)和N个气体混合器(13)，在卧式反应腔内有N根石英反应管(2)，N≥1，每根石英反应管(2)内置有一个石英舟(3)，在卧式反应腔外设有加热装置(4)和温控柜(5)，碳氢气体储罐(7)、氢气储罐(8)和氮气储罐(9)经过各自气体调节器(10)和N通连接管(11) 分别与N个三通道气体质量流量控制器(12)的进气口相连，N个三通道气体质量流量控制器(12)的出气口分别与N个气体混合器(13)的进气口相连，N个气体混合器(13)的出气口分别与N根石英反应管(2) 的一端连通，每根石英反应管(2)的另一端分别与废气回收处理器(14)相连。
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Cited By (2)
| 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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