[實用新型]一種制備碳納米管的裝置

有效

• 申請號: 201420067769.0
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN203816601U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 黃實秋;黃菲華;盧馨;黃德歡
• 申請（專利權）人: 黃德歡
• 主分類號: B01J8/06
• 分類號: B01J8/06;C01B31/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本實用新型涉及一種制備碳納米管的裝置，特別是涉及一種以催化化學氣相沉積法制備碳納米管的生產裝置。

背景技術

碳納米管是?1991?年發現的一種新型碳結構，具有優異的機械、力學、電子、光學、熱學和儲能性能，在電子、化學、微機械、能源等多個領域具有潛在的廣泛應用。利用其優異的機械、力學性能和電學性能，將其添加到各種金屬、非金屬或高分子材料中，可以增強材料的各種性能，并提高其導電性；利用其優異的發射電子性能，可以獲得低驅動電壓的場發射平板顯示器；利用其納米尺寸和導電性能，可以進行微型機電系統設計；利用其獨特的空腔結構作為反應器，能夠研究多種物質在納米尺寸的行為；利用其空腔結構產生的高比表面積，能夠用作鎳氫電池、鋰離子電池或燃料電池的電極材料。

目前，碳納米管的主要制備方法有電弧放電法、激光蒸發法和催化化學氣相沉積法等方法。電弧放電法主要用于制備單壁碳納米管，反應溫度高達?3000?℃以上；激光蒸發法是利用激光的高溫使得石墨中的碳原子揮發進行重構，要求的實驗條件較高；催化化學氣相沉積法是以易分解的甲烷或其它碳氫氣體為碳源，在600~1000?℃溫度范圍內和過渡金屬元素催化劑的作用下，使碳源分解生成碳納米管。以催化裂解含碳氣體來制備碳納米管的方法反應條件簡單、反應溫度較低，反應參數易于控制，而且，生產設備簡單，碳納米管的生產成本低廉，特別適用于大規模的生產。

用催化化學氣相沉積法生產碳納米管大多采用臥式生產設備，通常包含一個臥式結構的反應腔，在反應腔內設有一根石英反應管，石英反應管內設有一個放置催化劑的石英舟，在反應腔外設置有電阻加熱裝置和溫控柜、一組用于調節甲烷或其它碳氫氣體、氫氣和氮氣的質量流量控制器和氣體混合器，以及一組廢氣回收處理器。

在這種臥式結構的反應腔中，通常結構只設置一根石英反應管和一個石英舟，使碳納米管的產量受到了很大的限制，也造成高溫反應時加熱能源的大量浪費，增加了碳納米管的生產成本；專利ZL?2009?2?0201439.5雖采用了多根石英反應管，但只用了一套氣體質量流量控制器對進入多根石英反應管的氣體流量進行控制，由于每根石英反應管路的氣阻存在差異，在相同的氣壓下，將使進入每根石英反應管的氣體流量不同，由此造成了每根石英反應管內的催化劑反應結果不同，致使每根石英反應管生產的碳納米管產量和質量不同，碳納米管產品的生產穩定性下降。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種能耗低、有利于精確控制進入每根石英反應管反應腔氣體流量的制備碳納米管的裝置。

本實用新型的制備碳納米管的裝置包括臥式反應腔?、碳氫氣體儲罐、氫氣儲罐、氮氣儲罐、N個三通道氣體質量流量控制器和N個氣體混合器，在臥式反應腔內有N根石英反應管，N≥1，每根石英反應管內置有一個石英舟，在臥式反應腔外設有加熱裝置和溫控柜，碳氫氣體儲罐、氫氣儲罐和氮氣儲罐經過各自氣體調節器和N通連接管分別與N個三通道氣體質量流量控制器的進氣口相連，N個三通道氣體質量流量控制器的出氣口分別與N個氣體混合器的進氣口相連，N個氣體混合器的出氣口分別與N根石英反應管的一端連通，每根石英反應管的另一端分別與廢氣回收處理器相連。

本實用新型具有以下優點:

1.?在臥式結構反應腔中，設置N根石英反應管，N≥1，每根石英反應管內設有一個放置催化劑的石英舟，由此使放置催化劑的石英舟數量提高了N倍，碳納米管的產量由此也提高N倍。

2.?每根石英反應管同時加溫，大幅度地減少能源耗費，使加熱能源節省了約N倍。

3.?進入每根石英反應管的碳氫氣體、氫氣和氮氣的流量分別通過獨自調節氣體的三通道氣體質量流量控制器進行精確控制，由此可提高每根石英反應管內的催化劑反應精度，達到提高碳納米管生產的穩定性、質量和產量。

附圖說明

圖1是制備碳納米管的裝置示意圖；

圖中：1—反應腔，2—石英反應管，?3—石英舟，4—加熱裝置，5—溫控柜，6—石英反應管耐火磚架，7—碳氫氣體儲罐，8—氫氣儲罐，9—氮氣儲罐，10—氣體調節器，11—三通連接管，12—三通道氣體質量流量控制器，13—氣體混合器，14—廢氣回收處理器。

圖2是在反應腔中設置有三根石英反應管和三個石英舟的示意圖。

具體實施方式

參照圖1，本實用新型的制備碳納米管的裝置包括臥式反應腔1，圖例中，反應腔內有三根石英反應管2，每根石英反應管固定在耐火磚架6上，每根石英反應管內置有一個用于放置催化劑的石英舟3（見圖2），在反應腔外設置有加熱裝置4和溫控柜5，碳氫氣體儲罐7、氫氣儲罐8和氮氣儲罐9通過各自設置在出口的氣體調節器10，經由三通連接管11分別與三個三通道氣體質量流量控制器12的進氣口相連，三通道氣體質量流量控制器12的出氣口分別與三個氣體混合器13的進氣口相連，三個氣體混合器13的出氣口分別與三根石英反應管2的一端連通，每根石英反應管2的另一端與各自的廢氣回收處理器14相連。