[發(fā)明專利]一種耦合流化床碳納米管高效連續(xù)制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610784804.4
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106395794B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高巖;徐新生
• 申請（專利權(quán)）人: 濰坊昊晟碳材料有限公司
• 主分類號: C01B32/164
• 分類號: C01B32/164
• 代理公司: 北京聯(lián)瑞聯(lián)豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11411
• 代理人: 鄭自群

本發(fā)明涉及涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耦合流化床碳納米管高效連續(xù)制備方法，所述制備方法包括以下步驟：將催化劑還原活化反應(yīng)器置于碳納米管反應(yīng)器內(nèi)，借助碳納米管生長過程中產(chǎn)生的裂解氣體余熱完成催化劑的還原活化，再將催化劑連續(xù)導(dǎo)入流化床碳化反應(yīng)器中，碳納米管生長反應(yīng)在帶環(huán)流的中間環(huán)流流化床反應(yīng)器內(nèi)進行，所制得的碳納米管聚集體大顆粒由下部流化床收集器進行收集，之后將收集的碳納米管連續(xù)均勻地從流化床碳化反應(yīng)器中移出，即得產(chǎn)品，本發(fā)明將催化劑還原活化及碳化反應(yīng)耦合于一體，在碳化過程中完成催化劑的還原活化，節(jié)省操作時間，提高整個反應(yīng)裝置的效率，避免催化劑由于脈沖氣流噴射方式進料造成的破碎。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耦合流化床碳納米管高效連續(xù)制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管被認為是一種性能優(yōu)異的新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料，成為近二十年來研究的熱點。到目前為止，制備碳納米管已有多種方法，但最主要的方法只有三種，即電弧法、激光燒蝕法和氣相化學(xué)沉積法。氣相化學(xué)沉積法是以納米級鐵、銀等作為催化劑，低碳烴、碳氧化合物或一氧化碳為原料氣，在高溫下發(fā)生催化裂解反應(yīng)生長碳納米管的方法。該方法所生產(chǎn)碳納米管純度高、規(guī)格可控制，且易于工業(yè)放大，被認為是最有開發(fā)前景的制備碳納米管的方法。

碳納米材料得到廣泛應(yīng)用的前提是低成本批量技術(shù)的發(fā)展和不斷成熟，目前在碳納米管生產(chǎn)方面多采用氣相化學(xué)沉積法，其采用流化床反應(yīng)器進行生產(chǎn)，但在碳納米管制備前，還需對其催化劑進行還原活化。但每批次碳納米管制備所需要的催化劑量少，且還原活化條件特殊，需要在另外一個單獨的反應(yīng)器中進行，過程繁瑣、復(fù)雜，并不能實現(xiàn)真正意義上的連續(xù)化制備。另外，將還原活化好的催化劑往碳化反應(yīng)器輸送轉(zhuǎn)移的過程中易造成催化劑顆粒的破碎，因此會改變碳管的生長形貌和速度。碳納米管生產(chǎn)每批次的操作時間長，整個反應(yīng)裝置的效率不高。同時，流化床反應(yīng)器因溫度分布特性和烴類氣體高溫裂解反應(yīng)的吸熱特性，不能實現(xiàn)碳納米管的高產(chǎn)量生產(chǎn)。因此，有必要提供一種新的高效連續(xù)化制備方法，來克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種耦合流化床碳納米管高效連續(xù)制備方法，所述制備方法將催化劑還原活化及碳化反應(yīng)耦合于一體，在碳化過程中完成催化劑的還原活化，節(jié)省操作時間，提高整個反應(yīng)裝置的效率，避免催化劑由于脈沖氣流噴射方式進料造成的破碎。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種耦合流化床碳納米管高效連續(xù)制備方法，包括以下步驟：將由導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制成的催化劑還原活化反應(yīng)器置于碳納米管反應(yīng)器內(nèi)，借助碳納米管生長過程中產(chǎn)生的裂解氣體余熱完成催化劑的還原活化，再將還原活化的催化劑連續(xù)導(dǎo)入流化床碳化反應(yīng)器中，所述流化床碳化反應(yīng)器由頂部沉降段、中間環(huán)流流化床反應(yīng)器、下部流化床收集器三部分構(gòu)成，碳納米管生長反應(yīng)在內(nèi)徑較大的帶環(huán)流的中間環(huán)流流化床反應(yīng)器內(nèi)進行，所制得的碳納米管聚集體大顆粒由下部流化床收集器進行收集，之后將收集的碳納米管連續(xù)均勻地從流化床碳化反應(yīng)器中移出，即得產(chǎn)品。

優(yōu)選地，所述所述催化劑通過螺桿傳送的方式連續(xù)均勻地送至催化劑還原活化反應(yīng)器中，控制催化劑還原活化反應(yīng)器的溫度為350～650℃，通入氫氣與載氣的混合氣體到所述反應(yīng)器內(nèi)，所述混合氣體中氫氣與載氣的體積比為1：0.5～2.0，還原活化反應(yīng)的空速為1～15h^-1，氣體線速為0.05～2.0m/s，所述載氣為氮氣或氬氣。

優(yōu)選地，所述催化劑還原活化反應(yīng)器的底部側(cè)面設(shè)置有氣動開啟的板式密封閥，其間斷性地定期開啟，通過在頂部施加一脈沖氣流，以同樣的質(zhì)量流率將還原活化的催化劑傳送到流化床碳化反應(yīng)器中。