[实用新型]一种碳纳米管的生产装置

说明书

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。