循环式碳纳米管生长装置

346 编辑：中冶有色技术网来源：宁波金墨纳米科技有限公司

2023-11-28 13:54:06

权利要求书： 1.一种循环式碳纳米管生长装置，其特征在于，包括反应装置、收料装置和平台，其中，所述反应装置包括壳体，所述壳体一端与管道连接，另一端与气固分离器连接，所述壳体上设置有加热器，所述管道的一端设置有进气口，设置在所述管道上的进料口，设置在所述管道内的密闭式风机，所述气固分离器的另一端与所述进气口连接，所述气固分离器的顶部出口与旋风分离器连接，所述旋风分离器的顶部出口与布袋式气固分离器连接；

收料装置，其通过在第一加热器和第二加热器中间的壳体上设置出料管道，所述出料管道上设置有阀门，所述出料管道的另一端与所述旋风收料器连接，所述旋风收料器的顶部出口与布袋收料器连接；

所述平台用以支撑所述反应装置和收料装置。

2.根据权利要求1所述的循环式碳纳米管生长装置，其特征在于，所述加热器包括第一加热器和第二加热器，其中，第一加热器为卧式加热器，第二加热器为直立式加热器。

3.根据权利要求2所述的循环式碳纳米管生长装置，其特征在于，所述第一加热器和所述第二加热器套装在所述壳体上。

4.根据权利要求3所述的循环式碳纳米管生长装置，其特征在于，所述壳体、气固分离器和管道形成环形。

5.根据权利要求1所述的循环式碳纳米管生长装置，其特征在于，所述进料口用以向所述壳体内通入催化剂。

6.根据权利要求1所述的循环式碳纳米管生长装置，其特征在于，所述出料管道的尺寸大于所述旋风收料器的尺寸。

说明书：一种循环式碳纳米管生长装置技术领域[0001] 本实用新型涉及碳纳米管技术领域，尤其涉及一种循环式碳纳米管生长装置。背景技术[0002] 碳纳米管作为一维纳米材料，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。碳纳米管的生产工艺也在日益完善，其制作工艺是碳源气体在一定的温度

下与金属细颗粒相接触，通过金属颗粒的催化作用直接生产，在生产的过程中，金属颗粒的

表面被逐渐淹没，被淹没的金属催化剂不能再与反应气体发生接触产生反应，起不到催化

剂的效果，导致碳纳米管无法继续生长，现有技术中，碳纳米管的生长至1?2mm时会停止生

长，使得碳纳米管不能连续生长，而且在制备和出料的过程中，碳纳米管容易附着在发生装

置内部和出料管的内壁，使得碳纳米管生长效率低。

实用新型内容

[0003] 为此，本实用新型提供一种循环式碳纳米管生长装置，用以克服现有技术中碳纳米管出料容易附着且生长效率低的问题。

[0004] 为实现上述目的，本实用新型提供一种循环式碳纳米管生长装置，包括反应装置、收料装置和平台，其中，

[0005] 所述反应装置包括壳体，所述壳体一端与管道连接，另一端与气固分离器连接，所述壳体上设置有加热器，所述管道的一端设置有进气口，设置在所述管道上的进料口，设置

在所述管道内的密闭式风机，所述气固分离器的另一端与所述进气口连接，所述气固分离

器的顶部出口与旋风分离器连接，所述旋风分离器的顶部出口与布袋式气固分离器连接；

[0006] 收料装置，其通过在所述第一加热器和第二加热器中间的壳体上设置出料管道，所述出料管道上设置有阀门，所述出料管道的另一端与所述旋风收料器连接，所述旋风收

料器的顶部出口与布袋收料器连接；

[0007] 平台，所述平台用以支撑所述反应装置和收料装置。[0008] 进一步地，所述加热器包括第一加热器和第二加热器，其中，第一加热器为卧式加热器，第二加热器为直立式加热器。

[0009] 进一步地，所述第一加热器和所述第二加热器套装在所述壳体上。[0010] 进一步地，所述壳体、气固分离器和管道形成环形。[0011] 进一步地，所述进气口用以向所述壳体内通入氮气和氢气。[0012] 进一步地，所述进料口用以向所述壳体内通入催化剂。[0013] 进一步地，所述催化剂含有铁、钴、镍、铝、镁、钠、铜、锌、铼、钼等金属的氧化物粉末中的一种或多种。

[0014] 进一步地，所述出料管道的尺寸大于所述旋风收料器的尺寸。[0015] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供了一种循环式碳纳米管生长装置，其中，反应装置包括壳体，所述壳体一端与管道连接，另一端与气固分离

器连接，所述壳体上设置有加热器，所述管道的一端设置有进气口，设置在所述管道上的进

料口，设置在所述管道内的密闭式风机，所述气固分离器的另一端与所述进气口连接，所述

气固分离器的顶部出口与旋风分离器连接，所述旋风分离器的顶部出口与布袋式气固分离

器连接；通过反应装置内密闭式风机的设置，使壳体内的物质可以实现快速循环，通过第一

加热器和第二加热器套装在所述壳体上，提供给壳体高温的同时也起到一定的保温效果，

而且通过第一加热器卧式加热器的设置，使循环中的物质不易附着在壳体和管道内壁。

[0016] 进一步地，所述收料装置通过设置旋风收料器和布袋收料器，有效的避免在出料过程中碳纳米管附着在出料管内壁。

[0017] 尤其，由于密闭式风机设置在所述进气口和进料口中间，使所述进气口通入的气体和所述进料口内进入的固体均能很好的实现循环，进一步的促进了反应效率，而且密闭

式风机设置在所述壳体和气固分离器的下方，进一步促进壳体内的气体充分接触，使有机

气体可充分转化为碳纳米管，进一步提高碳纳米管的生长效率。

[0018] 进一步地，通过壳体与气固分离器的连接，其固分离器与管道的连接，形成了一个环形，使反应装置内的物质能够充分接触，提高了碳纳米管的生长效率，而且本实用新型所

述的装置占地空间小，适合规模化的大生产，从设置第一加热器和第二加热器贴合壳体的

不同结构，能够在最短的时间内达到发生装置反应所需要的时间，节能高效，从而使反应装

置间物质反应充分，进一步地提高碳纳米管的生长效率。

附图说明[0019] 图1为本实用新型所述循环式碳纳米管生长装置的结构示意图。具体实施方式[0020] 为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定

本实用新型。

[0021] 下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范

围。

[0022] 需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描

述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因

此不能理解为对本实用新型的限制。

[0023] 此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或

一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间

接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述

术语在本实用新型中的具体含义。

[0024] 请参阅图1所示，本实用新型提供了一种循环式碳纳米管生长装置，包括反应装置，收料装置和平台12，其中，所述反应装置包括壳体，所述壳体一端与管道连接，另一端与

气固分离器6连接，所述壳体上设置有加热器，所述管道的一端设置有进气口5，设置在所述

管道上的进料口3，设置在所述管道内的密闭式风机4，所述气固分离器6的另一端与所述进

气口5连接，通过所述壳体、管道和气固分离器6形成环形的发生容器，其中，所述气固分离

器6的顶部出口与旋风分离器7连接，所述旋风分离器7的顶部出口与布袋式气固分离器8连

接。

[0025] 收料装置，其通过在所述第一加热器1和第二加热器2中间的壳体上设置出料管道13，所述出料管道13上设置有阀门9，所述出料管道13的另一端与所述旋风收料器10连接，

所述旋风收料器10的顶部出口与布袋收料器11连接。

[0026] 平台12，所述平台12用以支撑所述反应装置和收料装置。[0027] 具体而言，本实用新型实施例中，所述收料装置设置在所述反应装置的左侧，其中所述第一加热器1设置在所述管道的上方，所述第二加热器2设置在所述第一加热器1和所

述管道的中间，所述气固分离器6设置在所述第一加热器1和所述管道的中间，所述旋风分

离器7设置在所述气固分离器6的右侧，所述布袋式气固分离器8设置在所述旋风分离器7的

右侧，所述出料管道13设置在所述第一加热器1和第二加热器2中间的壳体上，所述旋风收

料器10设置在所述出料管道13的左侧，所述布袋收料器11设置在所述旋风收料器10的左

侧。

[0028] 工作过程如下：启动反应装置，关闭所述出料管道13上的阀门9，从进气口5通入氮气，同时从进料口3通入催化剂，开启密闭式风机4，使反应装置内气体快速循环，开启第一

加热器1和第二加热器2，使第一加热器1和第二加热器2的温度升高至500?800℃，此时，打

开进气口5通入氢气，在氢气的作用下，把催化剂的金属氧化物还原成纳米金属颗粒，反应

时间为10?120分，在充分发生金属氧化物反应后，打开进气口5通入有机气体，调整氮气、氢

气和有机气体的比例为(0.1?1):(0.1?1):(1?10)，使反应装置持续反应0.5?5小时后，生成

碳纳米管的过程结束。

[0029] 打开出料管道13的阀门9，通过旋风收料器10吹入氮气或氩气，将反应装置内的碳纳米管通过高速气流带出，通过布袋收料器11进行收集。

[0030] 具体而言，本实用新型实施例中，所述壳体上的加热器包括第一加热器1和第二加热器2，其中所述第一加热器1和第二加热器2套装在所述壳体上，所述第一加热器1设置与

气固分离器6相连的壳体上，所述第二加热器2设置在与管道连接的壳体上，所述第一加热

器1为卧式加热器，所述第二加热器2为直立式加热器。通过卧式加热器和直立式加热器的

设置，使壳体受热均匀。所述第一加热器1和第二加热器2采用电加热器，通过电加热器使流

动的壳体内的物质受热均匀，便于升温和保温，而且第一加热器1和第二加热器2套装在所

述壳体上，套装的结构设置能最大程度的提高热量的传递，同时还能有效地减少热量的散

失。

[0031] 具体而言，本实用新型实施例中，所述进料口3设置在所述管道上，通过进料口3往管道内通入催化剂，催化剂为含有铁、钴、镍、铝、镁、钠、铜、锌、铼、钼等金属的氧化物粉末

中的一种或多种。

[0032] 具体而言，本实用新型实施例中，所述密闭式风机4为耐高温的，通过密闭式风机4的设置，使所述壳体内的气体快速循环，而且可以避免壳体内的物质附着在所述壳体上。

[0033] 具体而言，本实用新型实施例中，气固分离器6通过直接与壳体和进气口5的连接，直接对壳体内的物质进行气体和固体的分离，通过气固分离器6分离后的气体会进入到旋

风分离器7，通过旋风分离器7的二次分离，有效提高了分离器的分离效果，从而使反应装置

内的碳纳米管生长更加充分。

[0034] 具体而言，本实用新型实施例中，所述气固分离器6的顶部出口与所述旋风分离器7连接，所述旋风分离器7的顶部出口与所述布袋式气固分离器8连接，通过三个气固分离器

的设置，能够更大程度上的提高生产碳纳米管过程中催化剂与气体接触，使催化剂表面被

完全淹没，无法起到催化剂的作用，通过气固的分离作用，使催化剂外的物质剥落，使催化

剂进一步地与气体反应还原反应，提高碳纳米管的生长的效率，而且也使得碳纳米管在流

动中，减少碳纳米管附着在装置内部的机率。

[0035] 具体而言，本实用新型实施例中，所述收料装置通过在所述第一加热器1和第二加热器2中间的壳体上设置出料管道13，所述出料管道13上设置有阀门9，所述出料管道13的

尺寸大于所述旋风收料器10的尺寸，所述出料管13的另一端与所述旋风收料器10连接，所

述旋风收料器10的顶部出口与布袋收料器11连接；通过旋风收料器10与布袋收料器11的气

流使碳纳米管充分冷却至室温，收集碳纳米管原粉。

[0036] 具体而言，本实用新型实施例中，所述加热器的加热温度为500?800℃，通过高温使催化剂的金属氧化物发生反应，还原成纳米金属颗粒，高温可以使还原反应达到需要的

温度，而且通过第一加热器1和第二加热器2的设置，能够使温度的分布更加均匀，从而使发

生的反应更加充分。

[0037] 具体而言，本实用新型实施例中，第一加热器1设置为卧式循环式的加热器，有效避免在壳体两相流动的流体气液相分离，有利于壳体内的物质流动，保证所述壳体内壁不

被物质覆盖，防止降低加热效率。

[0038] 具体而言，本实用新型实施例中，金属氧化物的还原反应时间10?120分钟，通过充分的反应时间，使还原反应发生的更彻底。

[0039] 具体而言，本实用新型实施例中，所述金属氧化物还原反应后，通过进气扣通入有机气体，并调节使所述壳体内的氮气、氢气和有机气体的比例为(0.1?1):(0.1?1):(1?10)，

通过比例的调控，进一步地促进反应的发生，待反应发生0.5?5个小时后，反应装置生成碳

纳米管。

[0040] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，

所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。