一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置，包括依次连通的气体混合器、预热器、流化床反应装置、冷却器和水洗罐，气体混合器的输入端连通原料输送通道；水洗罐的输出端与外界连通；流化床反应装置包括流化床反应器和设置于流化床反应器内的磁性金属氧化物颗粒层，流化床反应器的底部设有进气口、顶部设有出气口，进气口与预热器的输出端连通，出气口与冷却器连通，催化剂颗粒层随出气口气流在流化床反应器内移动；通过上述技术方案，解决现有技术中制备内嵌磁性金属碳纳米管成本高、制备过程复杂、能耗高、石墨化程度低、环境不友好等诸多问题。等诸多问题。等诸多问题。

【技术实现步骤摘要】
一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置


[0001]本技术涉及碳纳米管领域，特别是涉及一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置。

技术介绍

[0002]碳纳米管(CNTs)，包括多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs)，其作为一种理想的结构复合材料的加固剂，碳纳米管因此具有强大的机械性能。碳纳米管还具有优异的电学特性，通过对它们直径和螺旋度的控制，使其在分子或纳米器件构建方面得以应用。管状空心腔使得它们在纳米结构反应器中得以应用。此外，因其拥有的高比表面积，低电阻率，以及良好的化学稳定性，使得碳纳米管在催化剂，电池材料及生物领域等应用方面都存在着巨大的潜能。大多数应用都依赖于碳纳米管功能化的表面。
[0003]近年来，磁性材料应用专注于对碳纳米管填充纳米颗粒，或涂敷一层磁壳。常见的合成方法有液相法、化学气相沉积法、电弧放电、激光蒸发等方法。
[0004]在先技术CN105499561B公开的“一种磁性碳纳米管的制备方法”中提出将碳纳米管浸渍到铁盐溶液中，再经煅烧制备得到磁性碳纳米管；在先技术CN110102255B公开的“一种掺杂分子筛的磁性碳纳米管复合材料及其制备方法和应用”中提出在碳纳米管上负载磁性铁氧化物和碳酸钙，得到磁性碳纳米管，然后再掺杂分子筛的磁性碳纳米管；在先技术CN105056887A公开的“一种负Ca的磁性碳纳米管复合材料及其制备方法及应用”中提出将磁性四氧化三铁及碳酸钙纳米颗粒均匀沉积在碳纳米管表面，制得磁性碳纳米管。这些方法虽然都可以成功制备出磁性碳纳米管，但所制备的磁性碳纳米管的管径较大且制备过程复杂困难、制备原料大多对环境不利、高能耗、不够经济。
[0005]综上，现有技术中存在制备内嵌磁性金属碳纳米管成本高、制备过程复杂、能耗高、石墨化程度低、环境不友好等诸多问题。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置，用于解决现有技术中制备内嵌磁性金属碳纳米管成本高、制备过程复杂、能耗高、石墨化程度低、环境不友好等诸多问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，
[0008]本技术的第一方面，提供一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置，包括依次连通的气体混合器、预热器、流化床反应装置、冷却器和水洗罐，所述气体混合器的输入端连通原料输送通道；所述水洗罐的输出端与外界连通；
[0009]所述流化床反应装置包括流化床反应器和设置于所述流化床反应器内的磁性金属氧化物颗粒层，所述流化床反应器的底部设有进气口、顶部设有出气口，所述进气口与预热器的输出端连通，所述出气口与所述冷却器连通，所述催化剂颗粒层随所述出气口气流在所述流化床反应器内移动。
[0010]通过上述技术方案，甲烷原料气通过原料输送通道经由气体混合器中进入流化床反应器中，在流化床反应器中与磁性金属氧化物发生催化裂解反应，从而产生氢气及内嵌磁性金属碳纳米管，反应结束后，氢气及内嵌磁性金属碳纳米管的混合物首先经过冷却器，在冷却器内冷却至室温，从而使部分气体液化，然后再经过水洗罐进一步清洁气体、气固分离、截留固体产物。
[0011]于本技术的一实施例中，所述原料输送通道包括相互独立的甲烷输送通道和氮气输送通道。
[0012]通过上述技术方案，甲烷输送通道用于输送甲烷原料气，而氮气输送管用于向流化床反应器中输送氮气作为保护器，避免流化床反应器内的空气对催化裂解反应产生干扰或其他的安全隐患。
[0013]于本技术的一实施例中，所述流化床反应器的内径为0.5～1cm。
[0014]于本技术的一实施例中，所述磁性金属氧化物颗粒层中的颗粒粒径为20～40nm。
[0015]如上所述，本技术的制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置及其制备方法，具有以下有益效果：
[0016]本技术有效控制了温室气体二氧化碳的排放，此外，本技术除可产生磁性碳纳米管材料和高附加值的氢气，同时还实现了资源性零排放技术，对环境非常友好。
附图说明
[0017]图1显示为本技术实施例1中公开的一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置的结构示意图。
[0018]元件标号说明
[0019]1、甲烷输送通道；2、氮气输送通道；3、预热器；4、流化床反应器；5、磁性金属氧化物颗粒层；6、进气口；7、出气口；8、冷却器；9、水洗罐；10、气体混合器。
具体实施方式
[0020]以下由特定的具体实施例说明本技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点及功效。
[0021]实施例1
[0022]一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置，如图1所示，包括依次连通的气体混合器10、预热器3、流化床反应装置、冷却器8和水洗罐9，气体混合器10的输入端连通原料输送通道；水洗罐9的输出端与外界连通。
[0023]原料输送通道包括相互独立的甲烷输送通道1和氮气输送通道2；甲烷输送通道1用于输送甲烷原料气，而氮气输送管用于向流化床反应器4中输送氮气作为保护器，避免流化床反应装置内的空气对催化裂解反应产生干扰或其他的安全隐患。
[0024]流化床反应装置包括流化床反应器4和设置于流化床反应器4内的磁性金属氧化物颗粒层5，流化床反应器4的底部设有进气口6、顶部设有出气口7，进气口6与预热器3的输出端连通，出气口7与冷却器8连通，催化剂颗粒层随出气口7气流在流化床反应器4内移动。
[0025]使用时，甲烷原料气通过原料输送通道经由气体混合器10中进入流化床反应器4
中，在流化床反应器4中与磁性金属氧化物发生催化裂解反应，从而产生氢气及内嵌磁性金属碳纳米管，反应结束后，氢气及内嵌磁性金属碳纳米管的混合物首先经过冷却器8，在冷却器8内冷却至室温，从而使部分气体液化，然后再经过水洗罐9进一步清洁气体、气固分离、截留固体产物。
[0026]更进一步的，流化床反应器4的内径为0.5～1cm。
[0027]更进一步的，磁性金属氧化物颗粒层5中的颗粒粒径为20～40nm，且磁性金属氧化物颗粒层5为铁氧化物、镍氧化物中的一种或二者混合物。
[0028]实施例2
[0029]一种内嵌磁性金属纳米管的制备方法，包括如下步骤：
[0030]S1、将0.5g粒径为20nm的镍氧化物催化剂置于流化床反应器中，通入氮气排出反应器内的空气；
[0031]S2、将甲烷气体作为原料气，在600℃的常压下，以200mL/min的流速通入流化床反应器内进行催化裂解反应，反应时间为6h，得到原料基质；
[0032]S3、将步骤S2中完成催化裂解反应的原料基质在氮气环境下冷却至室温，收集产品及残存的催化剂，然后置于稀酸(即盐酸、硝酸、硫酸的混合溶液)中常温搅拌10h，得到内嵌镍碳洋葱粗品；其中，混合溶液的浓度为0.5mol/L；
[0033]S4、将内嵌镍碳纳米管粗品置于混酸(即1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备内嵌磁性金属碳纳米管的装置，其特征在于，包括依次连通的气体混合器、预热器、流化床反应装置、冷却器和水洗罐，所述气体混合器的输入端连通原料输送通道；所述水洗罐的输出端与外界连通；所述流化床反应装置包括流化床反应器和设置于所述流化床反应器内的磁性金属氧化物颗粒层，所述流化床反应器的底部设有进气口、顶部设有出气口，所述进气口与预热器的输出端连通，所述出气口与所述冷却器连通，所述磁性金属氧化物颗粒层随...

【专利技术属性】
技术研发人员：童裳慧，
申请(专利权)人：城康材料技术有限公司，
类型：新型
国别省市：