一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，属于纳米碳材料制备技术领域。反应器旋转制备纳米碳材料的装置，包括管式反应器、加热炉、进气管、排气管、截止阀、进料室和电磁分离器；具有铁磁性的催化剂粉末由进料室给入，在气流的作用下进入反应器内，与通入的烷烃气体在回转反应器内发生催化裂解反应，生成的纳米碳材料，随反应器按照一定角度和转速转动，进入电磁分离器内进行分离，得到空心纳米碳材料与磁性纳米碳。本实用新型专利技术实现了纳米碳材料的在线收集与分离，减少了纳米碳材料单独收集和单独分离的工序；适用于具有铁磁性的催化剂催化裂解烷烃气体化学气相沉积法连续化制备纳米碳材料。

A device for preparing carbon nanomaterials by rotating the reactor

The utility model discloses a device for preparing carbon nanomaterials by rotating the reactor, which belongs to the technical field of the preparation of carbon nanomaterials. The rotating device of the reactor for preparing nano carbon materials, including tubular reactor, heating furnace, intake manifold, exhaust pipe, valve, inlet chamber and electromagnetic separator; the ferromagnetic catalyst powder from the feed chamber to enter into the reactor, under the action of airflow, and catalytic pyrolysis alkane gas into the rotary reactor, carbon nano material is generated, with the reactor at a certain angle and speed of rotation into the electromagnetic separator in isolation, are hollow carbon nano materials with magnetic nano carbon. The utility model realizes the online collection and separation of nano carbon materials, and reduces the process of separate collection and separate separation of nano carbon materials, and is suitable for continuous preparation of nanometer carbon materials by catalytic cracking of alkane gas chemical vapor deposition with ferromagnetic catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置
本技术涉及纳米碳材料制备
，尤其是一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置。
技术介绍
纳米材料是指具有成相或晶粒结构的长度小于100nm的材料，它包括具有颗粒尺寸为1～100nm的超微粒子材料和由纳米超微粒子组成的纳米固体材料。碳纳米材料的特性在极大差异，如碳纳米颗粒、无定形碳、碳纳米球、碳纳米管和碳纳米管粒子及催化剂粒子等，其中网状具有螺旋、管状结构的碳纳米管性能特别突出，其质轻、近六边形完美一维结构，以及本身所具有的奇特力学、电磁学和化学性能，借助纳米材料本身的自组装效应、小尺寸和量子效应及表面效应，与其他材料复合，广泛应用于场发射电子源用微型电子元件(如纳米线、纳米棒、纳米电子开关、记忆元件等)、纳米储氢材料、超大容量双电层电容材料、微型零件(如微型齿轮、分子线圈、活塞、泵)、隐形飞机的雷达吸波材料、光导材料、非线性光学材料、软铁磁性材料和分子载体及生物传感材料等。目前，碳纳米材料的制备方法多种多样，可大致归为以下几种：石墨电弧法、化学气相沉积法、激光蒸发法、热解聚合物法、火焰法、离子辐射法、电解法、原位合成法、模板法等。尽管研究目的不同，但各种制备方法的核心都是要对体系中各纳米单元的自身几何参数、空间分布参数和体积分数等进行有效的控制，尤其是要通过对制备条件(空间限制条件，反应动力学因素、热力学因素等)的控制，来保证体系研究的纳米单元的组成相至少一维尺寸在纳米尺度范围内(即控制纳米单元的初级结构)，其次是考虑控制纳米单元聚集体的次级结构。但能批量生产的方法只有石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法三种；且激光蒸发法因其本身所需的昂贵激光设备而受到限制，化学气相沉积法则因成本低、产率高而最适应于批量工业化生产制造，但由于现有设备及生产方法大多是间歇式操作，极大地阻碍了化学气相沉积法对纳米碳材料的批量化连续制备和生产。
技术实现思路
本技术提供一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，以解决现有技术中纳米碳材料的生产设备及方法无法实现连续化生产的问题。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，包括：管式反应器，其始端设有进气管，其末端设有排气管和排料管；进气管上设有进料管；排料管上设有截止阀；反应器可围绕其中心轴旋转，并可调节其两端的高度，使其呈一定倾角；为反应器加热的加热炉，设于反应器的反应区位置；进料室，与进料管相连接；底部设有排出口的电磁分离器，位于排料管的下方。本技术的有益效果：本技术解决了纳米碳材料的连续化地制备-收集-分离的问题，实现了纳米碳材料的连续收集和分离，省去纳米碳材料单独收集和单独分离的工序，减少了人力成本和时间成本，提高了纳米碳材料的在线生产效率和生产量；该系统的设备要求简单，操作便捷，使用安全可靠，且维护方便，适用于工业化生产。附图说明图1为实施例中反应器旋转制备纳米碳材料的装置的结构示意图。图中：1、反应器；2、加热炉；3、进料室；4、进料管；5、进气管；6、排气管；7、排料管；8、截止阀；9、电磁分离器；10、第一排出口；11、第二排出口。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步说明。如图1所示，一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，包括：管式反应器1、为反应器1加热的加热炉2、进料室3和底部设有排出口的电磁分离器9；其中，反应器1的始端100设有进气管5，其末端200设有排气管6和排料管7；进气管5上设有进料管4；排料管7上设有截止阀8；反应器1可围绕其中心轴旋转，并可调节其两端的高度，使其呈一定倾角；加热炉2设于反应器1的反应区位置；加热炉2需随反应器1的倾斜而倾斜；进料室3与进料管4相连接；电磁分离器9位于排料管7的下方。实施例中，反应器1旋转的实现可以采用现有技术，优选地，反应器的两端固定，中间部分旋转，采用旋转动密封的方式来实现密封。反应器的两端固定，其目的是实现纳米碳材料旋转到反应器末端的排料口处能顺利排出。实施例中，反应器1的倾斜角度为-10～10度。优选地，实施例中电磁分离器9为电磁振动分离器。实施例中排出口包括：用于排出空心纳米碳的第一排出口10，位于电磁分离器9底部的中央；用于排出其他的第二排出口11，设有至少一个，其位于电磁分离器9底部的两侧。电磁分离器9其作往复振动，带有磁性核心的纳米碳及催化剂在电磁力的作用下附着于分离器9的器壁上，而空心纳米碳则在机械振动的作用下运动至分离器9的中央位置，并第一排出口10排出；待分离器9的器壁被带有磁性核心的纳米碳及催化剂附着满后，关闭截止阀8，停止电磁分离器9，使得带有磁性核心的纳米碳及催化剂脱落，并由第二排出口11排出。为了控制原料与气流的混合比例，优选地，沿气流的流入方向，进气管5与进料管4逆向呈35°-60°角，优选45°。优选地，实施例中反应器1的材质为不锈钢。为控制给料速度，实施例中反应器旋转制备纳米碳材料的装置还包括：螺旋给料器和用于驱动螺旋给料器旋转的电机，螺旋给料器设于进料室3内。优选地，排气管6位于反应器1的上部，排气管6连有气体压力传感装置。优选地，反应器1的内壁上设有用于限制气体流速的阻隔挡板，以保证催化剂随气流停留在反应器1的反应区，实施例中阻隔挡板的设置采用现有技术。实施例中纳米碳材料的制备过程中，步骤2中的还原气体为如天然气、煤层气、沼气或烷烃气体等含C类气体，或不含C类气体如氢气；步骤3中的还原气体为如天然气、煤层气、沼气或烷烃气体等含C类气体。所述催化剂粉为不同Mo、Ni(Fe，Co)和Mg含量的Mox-Ni(Fe，Co)y-MgOz固溶体催化剂、Ni/Y-型沸石结构催化剂、La2NiO4催化剂、Ni/MCM-41催化剂、Fe-Cr合金催化剂、LaNi0.9Co0.1O3催化剂、Cu粉催化剂或Ni-Fe合金催化剂。实施例中反应器旋转制备纳米碳材料的装置根据原料加入的不同、以及其它反应参数的不同，可制备不同的纳米碳材料。实施例1甲烷催化裂解连续化制备纳米碳管，包括以下步骤：步骤1，关闭进料管4和排料管7，打开排气管6，进气管5接入氮气，通入到反应器1中10min；重复3次，以除去反应器1中的空气；步骤2，调节回转反应器1倾角为0度，以8～20r/min的速度转动，并将加热炉2加热至500～600℃，将进气管5气体换为氢气，将进料室3的La2NiO4催化剂粉末随氢气进入反应器1中，对催化剂还原20～30min；步骤3，调节加热炉2温度升至700℃～900℃，调节反应器1倾角为-5～-8度，以10～15r/min的速度反向转动10～20min；将进气管5气体换为甲烷，同时将反应器1倾角为调为5～7度，以2～10r/min的速度运行，以保证甲烷与催化剂的实际接触时间，待30～40min后，反应生成的纳米碳管随反应器1的转动到达反应器1末端下方的排料管7处，随后排入电磁分离器9中；反应后的尾气则由反应器1末端上方的排气管口6排出，收集至气体储存器中；步骤4，启动电磁分离器9，其作往复振动，则带有催化剂的纳米碳管及催化剂在电磁力的作用下附着于分离器9的器壁上，而纯度高的纳米碳管则在机械振动的作用下运动至分离器9的中央位置，并由第一排出口10排出；待分离器9的器壁被带有催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，其特征在于，包括：管式反应器(1)，其始端(100)设有进气管(5)，其末端(200)设有排气管(6)和排料管(7)；所述进气管(5)上设有进料管(4)；所述排料管(7)上设有截止阀(8)；所述反应器(1)可围绕其中心轴旋转，并可调节其两端的高度，使其呈一定倾角；为所述反应器(1)加热的加热炉(2)，设于所述反应器(1)的反应区位置；进料室(3)，与所述进料管(4)相连接；底部设有排出口的电磁分离器(9)，位于排料管(7)的下方。

【技术特征摘要】
1.一种反应器旋转制备纳米碳材料的装置，其特征在于，包括：管式反应器(1)，其始端(100)设有进气管(5)，其末端(200)设有排气管(6)和排料管(7)；所述进气管(5)上设有进料管(4)；所述排料管(7)上设有截止阀(8)；所述反应器(1)可围绕其中心轴旋转，并可调节其两端的高度，使其呈一定倾角；为所述反应器(1)加热的加热炉(2)，设于所述反应器(1)的反应区位置；进料室(3)，与所述进料管(4)相连接；底部设有排出口的电磁分离器(9)，位于排料管(7)的下方。2.如权利要求1所述的反应器旋转制备纳米碳材料的装置，其特征在于，所述电磁分离器(9)为电磁振动分离器。3.如权利要求2所述的反应器旋转制备纳米碳材料的装置，其特征在于，所述排出口包括：用于排出空心纳米碳的第一排出口(10)，位于所述电磁分离器(9)底部的中央；用于排出其他的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫珂，朱卫中，王烨敏，张敏，王学霞，薄秋芳，
申请(专利权)人：山西中兴环能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山西,14