气相法生产二维材料的流化床管式炉系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种气相法生产二维材料的流化床管式炉系统，包括：第一加热系统，该第一加热系统包括第一加热炉管和第一加热温区，第一加热炉管位于第一加热温区内，第一加热炉管设置有进气口，该进气口用于通入惰性气体和/或反应活性气体；流化反应系统，该流化反应系统包括流化反应热温区、流化反应炉管，流化反应炉管位于流化反应热温区内；中间物收集系统，该中间物收集系统包括中间物收集罐，中间物收集罐设置有中间物收集口和出气口；第一加热炉管和流化反应炉管直接或间接连通；以及流化反应炉管和中间物收集罐直接或间接连通。本实用新型专利技术的流化床管式炉系统能够实现了二维材料的规模化制备。维材料的规模化制备。维材料的规模化制备。

【技术实现步骤摘要】
气相法生产二维材料的流化床管式炉系统


[0001]本技术是属于新材料领域，特别是关于一种气相法生产二维材料的流化床管式炉系统。

技术介绍

[0002]目前制备二维材料的设备主要是管式炉，管式炉的炉管通常水平横向放置，其制备流程是：将前驱体材料置于管式炉炉膛中，通入惰性气体对前驱体材料进行加热，到达反应温度后，通入反应活性气体进行反应制备二维材料；或将前驱体材料置于第一反应区，将特定基底材料如硅片、蓝宝石、云母或金属等置于第一或第二反应区，通入惰性气体或反应活性气体，在基底材料上生长二维材料。反应结束后，管式炉停止加热，将二维材料或生长有二维材料的基底取出，完成整个二维材料制备流程。
[0003]然而，采用管式炉制备二维材料有以下问题：第一、采用管式炉规模化制备二维材料，大量前驱体材料会在管式炉炉膛内堆积，导致其与反应活性气体接触不充分，难以进行完全反应；采用特定基底材料生长二维材料时，前驱体材料用量需要精细控制，难以同比例放大进行制备，而且所制备的二维材料产率极低，因此，采用管式炉制备二维材料仅限于研发级别，难以进行规模化制备；第二、反应活性气体与原料前驱体反应制备二维材料会产生大量的中间物，中间物会在管式炉的尾端进行凝结，会造成管式炉的堵塞，带来爆炸安全隐患，并且中间物凝结在炉管管壁，难以进行有效收集，取样时容易与制备的二维材料发生混合，导致二维材料含有大量杂质；并且中间物可能具有强的挥发性、吸水性和高的反应活性，难以进行有效收集；第三、采用管式炉通过大量前驱体材料和活性气体进行反应制备得到的二维材料，在高温下容易发生堆叠，导致制备的二维材料后续需要经过剥离工艺，增加了工艺复杂性和制备成本。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，确有必要提供一种可以规模化制备纯度较高的二维材料的流化床管式炉系统，该流化床管式炉系统的安全系数高，并且可以有效收集二维材料制备过程中产生的中间物。
[0005]本技术提供的一种气相法生产二维材料的流化床管式炉系统，包括：
[0006]第一加热系统，该第一加热系统包括第一加热炉管和第一加热温区，所述第一加热炉管位于所述第一加热温区内，所述第一加热炉管设置有进气口，该进气口用于通入惰性气体和/或反应活性气体；
[0007]流化反应系统，该流化反应系统包括流化反应热温区、流化反应炉管，所述流化反应炉管位于所述流化反应热温区内；
[0008]中间物收集系统，该中间物收集系统包括中间物收集罐，所述中间物收集罐设置有中间物收集口和出气口；
[0009]所述第一加热炉管和所述流化反应炉管直接或间接连通；以及
[0010]所述流化反应炉管和所述中间物收集罐直接或间接连通。
[0011]在一些实施方式中，上述流化反应炉管内设置有滤网和/或除尘器。
[0012]在一些实施方式中，上述滤网位于上述流化反应炉管的底部，上述除尘器位于上述流化反应炉管的顶部。
[0013]在一些实施方式中，上述流化反应炉管为通径结构或异形结构。
[0014]在一些实施方式中，上述异形结构的具有第一段部和第二段部，第二段部位于第一段部的上方，该第二段部的直径大于第一段部的直径，上述滤网位于第一段部，上述除尘器位于第二段部。
[0015]在一些实施方式中，上述第一加热炉管包括异形弯曲炉管。
[0016]在一些实施方式中，上述中间物收集罐为双层结构，可向层间通入循环冷却水或其他冷却介质。
[0017]在一些实施方式中，上述中间物收集系统还包括有冷却装置，用于冷却通入所述中间物收集罐中的气体。
[0018]在一些实施方式中，上述第一加热炉管包括两个以上加热炉管，上述第一加热温区包括与两个以上加热炉管对应的两个以上的加热温区。
[0019]在一些实施方式中，上述流化反应炉管进一步设置有粉体物料，该粉体物料位于所述滤网和所述除尘器之间；和/或，所述粉体物料设置于所述滤网的表面。
[0020]在一些实施方式中，上述流化床管式炉系统还包括：第二加热系统，该第二加热系统包括连接加热炉管和连接加热温区，上述第二加热系统设置于上述流化反应系统和上述中间物收集系统之间，上述连接加热炉管与上述流化反应炉管和上述中间物收集罐连通。
[0021]在一些实施方式中，上述流化床管式炉系统还包括：换热装置，该换热装置用于实现所述流化反应系统向所述中间物收集系统通入的中间气体与向上述第一加热系统通入的原料气体之间的换热。
[0022]在一些实施方式中，上述换热装置设置于上述中间物收集罐的外壁。
[0023]与现有技术相比，本技术提供的气相法生产二维材料的流化床管式炉系统具有以下优点：第一、本技术的流化床管式炉系统采用竖向设置的流化床炉管，由底部通入惰性气体和/或反应活性气体，实现气
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固充分接触，避免了大量前驱体材料在管式炉的炉管内进行堆积，解决了反应不充分的问题，实现了二维材料的规模化制备；第二、实现了二维材料在制备过程中产生的中间物的定向收集，避免中间物在传统管式炉尾部进行凝结带来爆炸安全隐患，使得制备的二维材料具有较高的纯度；第三、工艺简单、成本较低。
附图说明
[0024]图1为本技术实施例1中的流化床管式炉系统的结构示意图。
[0025]图2为本技术实施例2中的流化床管式炉系统的结构示意图。
[0026]图3为本技术实施例3中的流化床管式炉系统的结构示意图。
[0027]图4为本技术实施例4中的流化床管式炉系统的结构示意图。
[0028]图5为本技术实施例5中的流化床管式炉系统的结构示意图。
[0029]主要附图标记说明：
[0030]10第一加热系统；11第一加热温区，12第一加热炉管，13进气口；14第二加热温区，
15第二加热炉管，16进气口；
[0031]20流化反应系统；21流化反应热温区；22流化反应炉管；23滤网；24除尘器；25粉体物料；
[0032]30中间物收集系统；31中间物收集罐；32中间物收集口；33出气口；34冷却装置，35换热夹层，36进气口；
[0033]40第二加热系统，41连接加热温区，42连接加热炉管；
[0034]50换热装置，51外管，52内管，53进气口；
[0035]90、91、92、93、94、95、96、97、98、99连接管路；
[0036]100，200，300，400，500流化床管式炉系统。
具体实施方式
[0037]以下通过具体实施例说明本技术的技术方案。应该理解，本技术提到的一个或者多个步骤不排斥在组合步骤前后还存在其他方法和步骤，或者这些明确提及的步骤间还可以插入其他方法和步骤。还应理解，这些实例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的目的，而非限制每个方法的排列次序或限定本技术的实施范围，其相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气相法生产二维材料的流化床管式炉系统，其特征在于，所述流化床管式炉系统包括：第一加热系统，该第一加热系统包括第一加热炉管和第一加热温区，所述第一加热炉管位于所述第一加热温区内，所述第一加热炉管设置有进气口，该进气口用于通入惰性气体或反应活性气体；流化反应系统，该流化反应系统包括流化反应热温区、流化反应炉管，所述流化反应炉管位于所述流化反应热温区内；中间物收集系统，该中间物收集系统包括中间物收集罐，所述中间物收集罐设置有中间物收集口和出气口；所述第一加热炉管和所述流化反应炉管直接或间接连通；以及所述流化反应炉管和所述中间物收集罐直接或间接连通。2.如权利要求1所述的流化床管式炉系统，其特征在于，所述流化反应炉管内设置有滤网和/或除尘器。3.如权利要求2所述的流化床管式炉系统，其特征在于，所述滤网位于所述流化反应炉管的底部，所述除尘器位于所述流化反应炉管的顶部。4.如权利要求2所述的流化床管式炉系统，其特征在于，所述流化反应炉管为通径结构或异形结构；和/或，所述异形结构的具有第一段部和第二段部，所述第二段部位于所述第一段部的上方，所述第二段部的直径大于所述第一段部的直径，所述滤网位于所述第一段部，所述除尘器位于所述第二段部。5.如权利要求1所述的流化床管式炉系统，其特征在于，所述第一加热炉管包括异形弯曲炉管。6.如权利要求1所述的流化床管式炉系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树斌，杜志国，杨运洋，
申请(专利权)人：济南三川新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：