[发明专利]碳纳米材料合成装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电弧法合成碳纳米材料技术领域，尤其涉及用电弧法合成碳纳米材料的一种碳纳米材料合成装置及一种碳纳米材料合成方法。

背景技术

现有技术中，电弧法合成碳纳米材料时，需经过加装碳棒、活化碳棒及放电合成等主要过程，主要的合成装置是合成炉。合成炉的阳极要不停地消耗碳棒，以产出碳纳米材料。

现有技术的合成装置，在进行碳纳米材料合成时，一般是在合成炉内先安装一根到十几根数目不等的碳棒，然后密封合成炉，抽真空后充惰性气体除去空气，再对合成炉内的每根碳棒依次进行活化。一根碳棒的活化时间一般为一小时，合成炉内安装几根碳棒就需要几个小时进行活化。碳棒活化目的是除去碳棒空隙中吸附的空气。在进行完上述的活化过程之后，需再将合成炉抽真空到1～2帕，再充入惰性气体到常压，这个过程要进行2～3次，用时2～3小时，之后再进行电弧放电合成碳纳米材料。

前述的碳棒活化所用的时间与放电合成所用的时间基本是相等的。安装的碳棒全部消耗完后，放电合成只能停止，打开合成炉重新安装碳棒，然后再密封换惰性气体碳棒活化，再抽真空充惰性气体2～3次，才能再继续电弧放电合成碳纳米材料。

因此，现有技术的碳纳米材料合成方法与碳纳米材料合成装置存在以下缺陷：

1、效率低：首先碳棒活化与放电合成均在合成炉内进行，因此不能同时进行，碳棒必须先活化后放电，整个合成碳纳米材料的生产周期较长；其次在进行放电合成时电弧的温度有几千度，要用至少几个小时等合成炉内完全冷却到室温，才能打开合成炉重新安装碳棒，生产周期进一步延长。

2、成本高：合成炉抽真空需要消耗电力，反复的对合成炉进行抽真空需要消耗大量的电力。且惰性气体如氦气价格非常高，多填充一次就会增加不少的成本；并且，生产周期的延长也增加了人力成本。

3、生产规模小：现有技术的合成装置一般一次合成碳纳米材料只有几百克，其生产规模只能达到实验室规模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本高效率、能够达到工业化规模生产的碳纳米材料合成装置，以解决现有电弧法合成碳纳米材料技术与装置所存在的效率低、成本高及规模小的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种低成本高效率、能够达到工业化规模生产的碳纳米材料合成方法，以解决现有电弧法合成碳纳米材料技术所存在的效率低、成本高及规模小的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种碳纳米材料合成装置，用于电弧法合成碳纳米材料，所述碳纳米材料合成装置包括分别用于加装碳棒、活化碳棒及放电合成的加装器、活化器和合成炉；所述加装器与所述活化器之间通过具有第一阀门的第一通道相连接，所述活化器与所述合成炉之间通过具有第二阀门的第二通道相连接；所述加装器，具有：容置空间，以同时容置多根所述碳棒；第一输送装置，通过所述第一通道向所述活化器逐一输送所述碳棒；所述活化器，具有：相对设置的两电极，所述两电极相对内侧的端部具有承载部，以将所述碳棒承载于两电极之间进行活化；第二输送装置，通过所述第二通道向所述合成炉逐一输送活化后的所述碳棒；所述合成炉，设置有能够相对靠近与远离的阳极管道与阴极，所述阳极管道与所述第二通道连通，所述阳极管道支撑所述碳棒一端以使伸出所述阳极管道的所述碳棒作为阳极与所述阴极接触进行放电合成。

本发明的碳纳米材料合成装置，优选的，所述阳极管道固定于所述合成炉的内壁上，所述阴极由电机驱动以向所述阳极移动，所述阴极为直径大于作为阳极的所述碳棒的实心电极。

本发明的碳纳米材料合成装置，优选的，所述活化器和所述合成炉均呈水平放置的圆柱形，所述阴极和所述阳极管道分别位于所述合成炉的所述圆柱两侧底面的圆心位置，所述活化器的所述两电极分别设置于所述活化器的所述圆柱两侧底面的圆心位置。

本发明的碳纳米材料合成装置，优选的，所述第一阀门和所述第二阀门均为电动插板式高真空阀门。

本发明的碳纳米材料合成装置，优选的，所述第一输送装置与所述第二输送装置分别设置于加装器和活化器的底端，所述第一通道位于所述活化器的顶端，所述活化器和加装器的底部都设置有能够容置一根所述碳棒的与所述碳棒的长柱状相适应的长柱状槽。

本发明的碳纳米材料合成装置，优选的，所述第一输送装置与所述第二输送装置均为由电机驱动的推杆，所述推杆的直径等于所述碳棒的直径。

本发明的碳纳米材料合成装置，优选的，所述阳极管道的长度为作为阳极的所述碳棒长度的五分之一。