[實用新型]一種超臨界對撞法制備碳納米管的裝置

有效

• 申請號: 201521033564.1
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN205187874U
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 王奕農;彭英利
• 申請（專利權）人: 王奕農;彭英利
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

技術領域

本實用新型涉及一種制備碳納米管的裝置，具體地說是一種超臨界對撞法制備碳納米管的裝置。

背景技術

碳納米管（簡稱CNTS）又稱富勒烯管，是一種具有特殊結構的一維量子材料。因在高科技及許多工業領域中有廣泛的應用價值而被人們所重視，自上世紀九十年代發現CNTS后，其工業化制備的方法一直成為難題。

1991年，日本名城大學教授飯島澄男采用氬氣氛圍下直流電弧在石墨電極放電的方法，在陰極棒上制備出了碳納米管，這也是人類第一次制備并發現碳納米管。由于碳納米管的高強度、高韌性及優良的導熱性能，可改善材料的功能性而引起科學界極大關注，特別是確定其比鋼的強度高100倍，質量比重卻小于鋼的6倍，楊氏模量達1.3TPa的數據后，奠定了其在尖端科學和工業技術領域中的應用地位。但因現有制備裝置成本高、產量低，造成產品價格昂貴，使CNTS的廣泛應用受到限制，人們期待一種高效能、低成本、可規模化的生產裝備和工藝，以降低CNTS的應用價格。

近年報道了清華大學魏飛等采用納米聚團反應器制備碳納米管，可實現15Kg/小時的產量，如生產時間以每天按8小時計算，能夠達到每年36噸的生產規模。此外，在世界各大學和科研機構甚至企業里，研究人員進行了許多規模化制備實驗嘗試，但是真正用于低成本、高效率、工業化生產的實例尚未出現。

實用新型內容

本實用新型的目的就是提供一種超臨界對撞法制備碳納米管的裝置，以解決現有技術制碳納米管成本高和效率低的問題。

本實用新型是這樣實現的：一種超臨界對撞法制備碳納米管的裝置，包括反應系統和制備系統；

所述反應系統包括攪拌輸送罐、高壓泵、熱交換器、反應器和高壓輸氣泵；所述攪拌輸送罐、所述高壓泵、所述熱交換器和所述反應器通過管道依次相接；在所述反應器上設置有進氣口，所述高壓輸氣泵通過管道連接在所述反應器的進氣口上；在所述反應器的下端設置有出料口，在所述反應器內設置有加熱裝置；

所述制備系統包括分流器、噴射裝置和分離器；所述分流器的一端與所述反應器的出料口連接，所述分流器的另一端與所述噴射裝置相接，所述噴射裝置包括兩只并行的噴管，在所述噴管的端部設置有噴嘴；所述分離器是在罐狀殼體內的中部設置有帶有孔隙的接受板，所述接受板將所述分離器的內腔分隔為上部的冷卻室和下部的蒸發室，在所述冷卻室中設置有冷卻裝置，在所述蒸發室內設置有加熱裝置，在所述殼體的上部設置有排氣閥，在所述殼體的底部設置有排渣口；所述噴射裝置通入所述分離器的冷卻室中。

所述分離器的殼體底部為倒錐形，所述排渣口設置在所述殼體的錐尖部。

本實用新型是采用超臨界對撞法制備碳納米管的裝置，其內容包括了反應階段和制備階段兩大部分。通過利用高溫高壓下超臨界狀態水的特殊性能，在惰性氣體的參與下進行反應，并利用裝備的結構性能及合理工藝制備出合于要求的碳納米管產品，即達到了CNTS生產的高效率、低成本和規模化。

本實用新型的優點有：

1、裝置整體緊湊，占地面積小，封閉運行，無泄漏，無污染。

2、反應器采用內熱式加熱，可加熱至反應所需溫度。

3、反應器為上進下出設計，出料口與分流器及噴射裝置連接，能夠使反應后物質直接進入分離器。

4、分離器內設噴射裝置，接受板，冷卻裝置及蒸發裝置，可對噴射后的高溫高壓氣流起到減壓緩沖、冷卻降溫及蒸發干燥的作用，同時氣體被蒸發后與產物分離并排放。

5、工藝設計合理，可連貫性操作，連續加料、出料、制備及分離。

6、反應參與氣體可采用價廉及來源廣泛的氮氣。

7、反應溫度、壓力條件適宜操作，反應時間短、效率高。

8、利用自身反應的超臨界流體在減壓分離時的高速擴散力對撞方法，可較好地使用流體中的富勒烯簇團得以粉碎或修飾，制備出符合要求的碳納米管產物。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是反應器的結構示意圖。

圖3是分離器的結構示意圖。

圖4是本實用新型的工作原理示意圖。

具體實施方式