[發明專利]一種碳納米管批量生產中尾氣的回收利用方法

有效

• 申請號: 201410010726.3
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103787300A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 謝書云;謝洪超;張偉;彭磊;胡德華
• 申請（專利權）人: 深圳市三順中科新材料有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市康弘知識產權代理有限公司 44247
• 代理人: 胡朝陽;孫潔敏

技術領域

本發明涉及碳納米管材料領域，尤其涉及碳納米管批量生產中尾氣回收利用的方法。

背景技術

碳納米管作為一維納米材料，其重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入，其廣闊的應用前景也不斷地展現出來。由于碳納米管具有中空的結構，可以用作微型模具。即在其內部填充金屬、氧化物等物質，可制備出最細的納米尺度的導線等，用于未來的分子電子學器件或納米電子學器件中。還可制作碳納米管增強的塑料、碳納米管增強陶瓷復合材料、金屬基復合材料，還可以做最細的試管以及能稱量單個原子質量的“納米秤”等等。

目前，批量生產碳納米管使用的是CVD（化學氣相沉積）法。即在600～1000℃的溫度及催化劑的作用下,使含碳氣體原料（如甲烷、乙烯、丙烯和苯等）分解來制備碳納米管的一種方法。但是在利用CVD法批量生產碳納米管中，含碳原料氣的利用率只有30%左右，由于各種原因，大部分都以尾氣的形式直接排入大氣，沒有收集再利用。既浪費了原料，又對空氣產生了的污染。

如何有效地收集再利用批量生產碳納米管而排放的尾氣，是業界亟待解決的問題。

發明內容

本發明為了解決上述技術問題，提出一種簡易便捷的碳納米管生產中尾氣的回收利用方法，以提高原料的利用效率，減少尾氣對空氣的污染。

本發明提出的一種碳納米管批量生產中尾氣的回收利用方法，包括如下工藝步驟：

步驟1：收集制備碳納米管產生的尾氣，并通過冷凝系統使其溫度降低為25-35℃；

步驟2：將冷卻后的尾氣收集并輸入到第一個儲氣罐；

步驟3：通過一壓縮機，將儲氣罐中的尾氣以流量A輸入一氣體分離器，通過該氣體分離器將尾氣中的無效氣體過濾掉，并以流量D排掉；

步驟4：將經氣體分離器過濾掉無效氣體后的氣體以流量B輸入到第二個儲氣罐；

步驟5：最后將第二個儲氣罐中的氣體與制備碳納米管的原料氣（此兩種氣體的總流量為C）一起輸入反應爐中作為原料制備碳納米管，原料氣以流量E輸入反應爐中；

其中：所述流量A、流量B、流量C、流量D和流量E的取值關系為：

A-D=B=C-E；儲氣罐工作時的壓力維持在：1.0-1.2Mpa。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

1、可以節省60%以上的原料，從而降低碳納米管的成本。

2、可以改善碳納米管的分散性能。

3、可以減少對空氣的污染。

具體實施方式

本發明較佳實施例提出的一種碳納米管批量生產中尾氣的回收利用方法，其采用如下工藝步驟：

步驟1：將制備碳納米管產生的尾氣通過冷凝系統使其溫度降低為25-35℃，尾氣成分主要有甲烷、碳2、碳3、氫氣等。

步驟2：將冷卻后的尾氣收集并輸入第一個容積為1000L、額定工作壓力為2.0Mpa的儲氣罐。

步驟3：通過一臺電機功率為8KW、排氣壓力為1.9Mpa的壓縮機，將儲氣罐中的尾氣以流量A輸入一容積為15L、額定工作壓力為20Mpa的氣體分離器，通過該氣體分離器將尾氣中的無效氣體，如氫氣，過濾掉，并以流量D排出。所述的流量A為10-15m/h的流量。

步驟4：將經氣體分離器過濾掉無效氣體后的氣體，以流量B輸入第二個容積為1000L、額定工作壓力為2.0Mpa的儲氣罐。所述的流量B為8-13m/h。

步驟5：最后將第二個儲氣罐中的氣體與制備碳納米管的原料氣（此兩種氣體的總流量為C）一起輸入反應爐中作為原料制備碳納米管。所述的流量C為13-18m/h。原料氣以流量E輸入反應爐中。

回收過程中，所述流量A、流量B、流量C、流量D和流量E的取值，應該滿足：A-D=B=C-E的關系。本實施例中，流量A為12.5m/h，流量B為10.5m/h，流量C為15.5m/h，根據上述關系式計算，流量D=流量A-流量B=2m/h；流量E=流量C-流量B=5m/h。同理，在其它實施例中，如，當流量A為10m/h，流量B為8m/h，流量C為13m/h時，計算出流量D=2m/h；流量E=5m/h?；虍斄髁緼為15m/h，流量B為13m/h，流量C為18m/h時，計算出流量D=2m/h；流量E=5m/h。如此使得儲氣罐的工作時的壓力維持在一個正常的范圍：1.0-1.2Mpa。否則，壓力過大會超出罐體的承受范圍，以致產生安全隱患；壓力過小會導致進氣量不足，使制備碳納米管的原料氣減少，從而降低碳納米管的產量。

采用本發明批量制作碳納米管，可以節省60%以上的原料，從而降低碳納米管的成本。回收后的尾氣作為一部分原料氣，這部分氣體中有一定量的氫氣，在原料氣中加入少量的氫氣，制備碳納米管時，可以使碳納米管的分散性能變好。產品的性能有所提升，且產品品質穩定，經試用后效果良好，現已成為正式生產工藝的一部分。另外還可以減少對大氣的污染。