[发明专利]碳纳米管制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用气相流动方法生产诸如碳纳米管和碳纤维的碳纳米管的碳纳米管合成工艺装置。

背景技术

碳纳米管是由结晶形碳构成的圆筒状石墨晶体薄层。更具体讲，由处于六角晶格中的碳原子六元环形成平面或曲面状石墨烯薄片，并将该石墨烯薄片卷成圆筒状碳纳米管。碳纳米管的直径一般为0.4nm至数十纳米，且碳纳米管的长度通常为数十至数千纳米，或是其直径的许多倍。

这类碳纳米管具有高强度以及优良的导电性、导热性和润滑性，因此已引起人们对其各方面应用的关注。此外，为降低碳纳米管的推广使用成本，要求采用更高效的碳纳米管生产技术。

一种被称为气相流动的方法已成为碳纳米管的生产技术之一。通过使用这种气相流动方法，使含碳材料和金属催化剂在高温炉内随载气流动，由此使在气相中的诸如碳源的材料发生热分解和合成，从而生产碳纳米管。由于这种气相流动方法适用于批量生产，已就该方法提出很多改进的技术/工艺。

发明内容

技术难题

通过使用这种气相流动方法，位于反应管下游的排放管有时会被制得的碳纳米管阻塞。具体地讲，虽然在反应管中合成的碳纳米管应向下游方向流动、且应最终通过位于反应管下游的排放管向外排放，但在该传输过程中碳纳米管有时会粘附到排放管的内表面上。一旦碳纳米管被粘附到排放管的内表面上，即使只有少量，更多的碳纳米管就会轻易地粘附到(或轻易地被捕集到)已粘附在内表面上的碳纳米管上，由此使碳纳米管在排放管中的积聚数量迅速增加。这样有可能最终导致碳纳米管阻塞排放管。为解决这一难题，需常规性定期中断生产装置的运行，并除去粘附在排放管内表面上的碳纳米管。然而，上述定期中断生产装置的运行并除去碳纳米管的做法已造成一些问题，包括降低碳纳米管的生产效率和增加操作人员的负担。

在文献JP 2001-73231A和JP 2001-115342A中公开了避免碳纳米管粘附到反应管内表面上的技术。然而，这些技术旨在避免碳纳米管粘附到反应管上，但不能由此避免碳纳米管粘附到排放管上。此外，虽然已提出多种关于气相流动方法的其他改进技术，但目前尚不存在可适当避免碳纳米管粘附和阻塞排放管的技术。因此，难以提高碳纳米管的生产效率。

因此，本发明旨在提供一种可提高碳纳米管生产效率的碳纳米管合成工艺装置。

解决方案

根据本发明的一方面，提供一种通过使用气相方法生产碳纳米管的碳纳米管合成工艺装置。该装置包括：反应管；给料设备，用于从反应管的上游侧供应含碳原料；加热设备，用于加热反应管并由此在反应管内产生可使含碳原料发生热分解的反应场，从而制得碳纳米管；排放管，位于反应管的下游，用于向外部输送在反应管中制得的碳纳米管；以及旋转流动产生设备，用于产生从排放管的内侧面沿其内侧面流动的旋转流动。

根据另一优选实施例，旋转流动产生设备包括多个位于排放管内侧面上的喷嘴，用于沿偏离排放管中心的方向喷射气体。优选多个喷嘴等间隔位于排放管的圆周方向上。此外，优选喷嘴位于低于喷嘴容许温度的排放管低温区域的上游端附近。

本发明优点

根据本发明，在排放管内产生从排放管内侧面沿其内侧面的旋转流动。通过这种旋转流动，可使碳纳米管与壁面隔离，且向排放管的中心传输，从而可有效避免碳纳米管粘附到内侧面上以及由此造成的排放管阻塞。此外，即使碳纳米管粘附到内侧面上，碳纳米管也可被旋转流动移走。由此可使碳纳米管合成工艺装置连续运行，从而提高其生产效率。

附图说明

下文将结合附图对本发明的这些和其他目的作说明。这些附图中：

图1是本发明实施例所述碳纳米管合成工艺装置的结构示意图；

图2是排放管的横截面示意图；

图3是沿图2中A-A线的横截面图；以及

图4是沿图2中B-B线的横截面图。

参考编号

10.碳纳米管合成工艺装置；12.反应管；14.加热设备；18.原料给料机构；20.原料槽；22.泵；24.原料给料线；26.给料喷嘴；28.进气管；30.罩；32.排放管；34.喷嘴。

具体实施方式

下文将结合附图描述本发明的优选实施例。图1是本发明一实施例所述碳纳米管合成工艺装置10的结构示意图。碳纳米管合成工艺装置是一种采用气相流动方法生产碳纳米管的装置，它包括反应管12、用于加热反应管12的加热设备14、用于向反应管12供应原料液体的原料给料机构18、用于将在反应管12中制得的碳纳米管输送到收集槽(未显示)中的排放管32等。