[发明专利]一种碳纳米管批量生产中尾气的回收利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管材料领域，尤其涉及碳纳米管批量生产中尾气回收利用的方法。

背景技术

碳纳米管作为一维纳米材料，其重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。由于碳纳米管具有中空的结构，可以用作微型模具。即在其内部填充金属、氧化物等物质，可制备出最细的纳米尺度的导线等，用于未来的分子电子学器件或纳米电子学器件中。还可制作碳纳米管增强的塑料、碳纳米管增强陶瓷复合材料、金属基复合材料，还可以做最细的试管以及能称量单个原子质量的“纳米秤”等等。

目前，批量生产碳纳米管使用的是CVD（化学气相沉积）法。即在600～1000℃的温度及催化剂的作用下,使含碳气体原料（如甲烷、乙烯、丙烯和苯等）分解来制备碳纳米管的一种方法。但是在利用CVD法批量生产碳纳米管中，含碳原料气的利用率只有30%左右，由于各种原因，大部分都以尾气的形式直接排入大气，没有收集再利用。既浪费了原料，又对空气产生了的污染。

如何有效地收集再利用批量生产碳纳米管而排放的尾气，是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提出一种简易便捷的碳纳米管生产中尾气的回收利用方法，以提高原料的利用效率，减少尾气对空气的污染。

本发明提出的一种碳纳米管批量生产中尾气的回收利用方法，包括如下工艺步骤：

步骤1：收集制备碳纳米管产生的尾气，并通过冷凝系统使其温度降低为25-35℃；

步骤2：将冷却后的尾气收集并输入到第一个储气罐；

步骤3：通过一压缩机，将储气罐中的尾气以流量A输入一气体分离器，通过该气体分离器将尾气中的无效气体过滤掉，并以流量D排掉；

步骤4：将经气体分离器过滤掉无效气体后的气体以流量B输入到第二个储气罐；

步骤5：最后将第二个储气罐中的气体与制备碳纳米管的原料气（此两种气体的总流量为C）一起输入反应炉中作为原料制备碳纳米管，原料气以流量E输入反应炉中；

其中：所述流量A、流量B、流量C、流量D和流量E的取值关系为：

A-D=B=C-E；储气罐工作时的压力维持在：1.0-1.2Mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、可以节省60%以上的原料，从而降低碳纳米管的成本。

2、可以改善碳纳米管的分散性能。

3、可以减少对空气的污染。

具体实施方式

本发明较佳实施例提出的一种碳纳米管批量生产中尾气的回收利用方法，其采用如下工艺步骤：

步骤1：将制备碳纳米管产生的尾气通过冷凝系统使其温度降低为25-35℃，尾气成分主要有甲烷、碳2、碳3、氢气等。

步骤2：将冷却后的尾气收集并输入第一个容积为1000L、额定工作压力为2.0Mpa的储气罐。

步骤3：通过一台电机功率为8KW、排气压力为1.9Mpa的压缩机，将储气罐中的尾气以流量A输入一容积为15L、额定工作压力为20Mpa的气体分离器，通过该气体分离器将尾气中的无效气体，如氢气，过滤掉，并以流量D排出。所述的流量A为10-15m/h的流量。

步骤4：将经气体分离器过滤掉无效气体后的气体，以流量B输入第二个容积为1000L、额定工作压力为2.0Mpa的储气罐。所述的流量B为8-13m/h。

步骤5：最后将第二个储气罐中的气体与制备碳纳米管的原料气（此两种气体的总流量为C）一起输入反应炉中作为原料制备碳纳米管。所述的流量C为13-18m/h。原料气以流量E输入反应炉中。

回收过程中，所述流量A、流量B、流量C、流量D和流量E的取值，应该满足：A-D=B=C-E的关系。本实施例中，流量A为12.5m/h，流量B为10.5m/h，流量C为15.5m/h，根据上述关系式计算，流量D=流量A-流量B=2m/h；流量E=流量C-流量B=5m/h。同理，在其它实施例中，如，当流量A为10m/h，流量B为8m/h，流量C为13m/h时，计算出流量D=2m/h；流量E=5m/h。或当流量A为15m/h，流量B为13m/h，流量C为18m/h时，计算出流量D=2m/h；流量E=5m/h。如此使得储气罐的工作时的压力维持在一个正常的范围：1.0-1.2Mpa。否则，压力过大会超出罐体的承受范围，以致产生安全隐患；压力过小会导致进气量不足，使制备碳纳米管的原料气减少，从而降低碳纳米管的产量。

采用本发明批量制作碳纳米管，可以节省60%以上的原料，从而降低碳纳米管的成本。回收后的尾气作为一部分原料气，这部分气体中有一定量的氢气，在原料气中加入少量的氢气，制备碳纳米管时，可以使碳纳米管的分散性能变好。产品的性能有所提升，且产品品质稳定，经试用后效果良好，现已成为正式生产工艺的一部分。另外还可以减少对大气的污染。