官能化碳纳米管的连续方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及官能化碳纳米管的连续方法和装置，更具体而言，涉及在亚临界水或超临界水条件下不利用其它官能化方法而官能化碳纳米管的连续方法，所述方法包括：ａ）在５０ａｔｍ～４００ａｔｍ的压力下，分别或一同连续供给碳纳米管溶液和氧化剂，然后预热所述碳纳米管溶液和所述氧化剂的混合物；ｂ）在５０ａｔｍ～４００ａｔｍ的亚临界水或超临界水条件下官能化经预热的所述混合物中的碳纳米管；ｃ）将经官能化的产物冷却至０℃～１００℃，并将经官能化的所述产物减压至１ａｔｍ～１０ａｔｍ；和ｄ）回收经冷却和减压的所述产物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及官能化碳纳米管的连续方法和装置，更具体而言，涉及 在亚临界水或超临界水条件下官能化碳纳米管的连续方法。
技术介绍
碳纳米管(下文中称作CNT)结构最先于1991年发现。己经对碳 纳米管的合成、物理性质和应用进行了积极的研究。此外，还己经确认， 通过在放电时加入诸如铁(Fe)、镍(Ni)和钴(Co)等过渡金属可以产 生CNT。全面研究从1996年利用激光蒸发法制备出了大量样品丌始。 CNT采取的是一种圆巻绕中空管形式，其石墨表面具有纳米尺寸的l'1:径。 此时，根据巻绕角度或石墨表面结构，CNT具有诸如导体性能、半导体 性能等电特性。此外，根据石墨壁的数量，CNT分为单壁碳纳米管 (SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)、薄多壁碳纳米管、多壁碳纳米 管(MWCNT)和绳状(roped)碳纳米管。特别是，CNT具有优异的机械强度或弹性强度、化学稳定性、环境 友好性和电导体和半导体性能，并具有比现有任何材料都高的纵横比， 其中所述纵横比可达大约l，OOO，因为其直径为l nm至数十纳米，而长 度为数微米至数十微米。此外，CNT具有非常大的比表面积。结果，CNT 作为先进的新型材料引起了人们的兴趣，它将在下一代信息电子材料、 高效能源材料、高功能复合材料、环境友好型材料等领域中领导21廿t纪 新潮流。然而，虽然CNT具有种种优点，但因CNT具有非常严重的聚集现 象和很大的疏水性，CNT在与其它介质的混合性方面很差，并且除水以 外对于有机溶剂也不具有溶解性。因此，为了在保持CNT所具有的优点 的同时扩展其应用，需要能够提高与各种介质的相容性并且使分散效率良好的方法。作为提高与CNT的相容性的技术，有一种能够在表面上提供分离特性的官能团取代技术，例如，如韩国专利450,029号公报所述， 有一种在真空和惰性气体氛围下使用诸如氢氧化钾、氢氧化钠等强碱捉 高CNT比表面积的方法，和如韩国专利公幵2001-102598 '4公报、 2005-9711号公报和2007-114553号公报所述，有一种使用强酸或强碱处 理CNT表面的方法。然而，由于上述技术使用诸如硝酸、硫酸等强酸或者诸如氢氧化钾、 氢氧化钠等强碱，因而对于环境有害、不易于处理，并能导致反应器腐 蚀。此外，这些技术还需要诸如洗涤用过的酸和碱的处理等进一步处理， 或者会产生大量的有害废物。另外，由于这些技术具有很长的反应时间 和有限的生产能力，因而效率很低，而且，由于这些技术为了在表面上 提供除氧以外的官能团而需要分离处理，因此会消耗很多成本和时间。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的一个目的是提供通过使用不具有分离的 官能化处理的连续装置，在亚临界水或超临界水条件下官能化碳纳米管 的连续方法和装置。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种官能化碳纳米管的连续方法， 所述方法包括a)在50 atm (大气压) 400 atm的压力下，分别或一 同连续供给碳纳米管溶液和氧化剂，然后预热所述碳纳米管溶液和所述 氧化剂的混合物；b)在50 atm 400 atm的亚临界水或超临界水条件下 官能化经预热的所述混合物中的碳纳米管；c)将经官能化的产物冷却至 0°C 100°C，并将所述经官能化的产物减压至1 atm 10 atm;和d)回 收经冷却和减压的产物。此外，本专利技术提供了一种官能化碳纳米管的连续装置，所述装置包 括用于预热通过在于50 atm 400 atm的压力下供给碳纳米管溶液的同 时，在50 atm 400 atm的压力下向所述碳纳米管溶液连续加入氧化剂而 获得的混合物的预热器；用于在50 atm 400 atm的亚临界水或超临界水 条件下官能化所述预热器中获得的所述混合物的反应器；用于将所述反应器中获得的经官能化的产物冷却至0"C 10(TC并将所述经官能化的产 物减压至1 atm 10 atm的冷却和减压部件；和用于回收在所述冷却和减 压部件中获得的产物的产物储存部件。下面将参考附图描述本专利技术的一个优选实例。首先应该注意，在所 有附图中，相似的组件或部件用相似的附图标记表示。在描述木发叨时， 为清晰表达本专利技术主题起见，将省略对于相关的已知功能或构造的Vl':细 描述。本说明书中所使用的表示程度的诸如"大约"、"基本"等术语，当 制备和材料的内在容许偏差使用这些术语表达其意义时，是指数值或近 似数值，使用这些术语可以防止不负责任的侵权者不公正地使用本专利技术 所披露的其中为帮助理解本专利技术而披露的精确数值或绝对数值的内容。图1是显示根据本专利技术的一个实例的官能化碳纳米管的连续处理的 图。参考图1，本专利技术的官能化碳纳米管的连续方法包括a)预热(S100);b)官能化(S200); c)冷却和减压(S300);和d)产物回收(S400)。 官能化碳纳米管的连续方法可以进一步包括e)过滤在作为步骤c)的冷 却之后官能化的产物的过滤(S310)和f)分散步骤d)的产物的分散 (S410)。图2是显示根据本专利技术的一个实例的官能化碳纳米管的连续装置方 法的图。参考图2，本专利技术的官能化碳纳米管的连续装置可以包括预热器 110、官能化反应器130、冷却和减压部件150和产物储存部件170。首先，在预热(S100)中，a)在50 atm 400 atm的压力下，向预 热器110中分别或一同连续供给碳纳米管(CNT)溶液和氧化剂的混合 物，然后在预热器110中预热所述碳纳米管溶液和所述氧化剂的混合物。可以在于高压下供给CNT溶液之前，通过使用循环泵10混合CNT 和溶剂，来制备碳纳米管(CNT)溶液。CNT溶液中包括的溶剂可以选自由水、脂肪醇、二氧化碳和它们的 混合物组成的组。此外，可以将CNT制备为使其在CNT溶液中的含量为0.0001重量％ 10重量％，更优选为0.001重量。％ 3重量％。如果CNT小于0.0001重量％，则CNT的回收量太少；如果CNT超过10重量％，则CNT溶液 的粘度会增加，从而难以在高压下供给CNT溶液。在利用高压进料泵12在50 atm 400 atm的压力下向预热器110供 给制备的CNT溶液的过程中，CNT溶液接触氧化剂，并且在热交换器 14的前端CNT溶液和氧化剂的混合物被混合并供给到预热器110屮，预 热器IIO将混合物预热至10(TC 37(TC的温度。在使用高压进料泵供给CNT溶液或氧化剂时，如果压力小于50 atm， 则难以将CNT溶液供给到预热器110中或者难以将氧化剂加入到CNT 溶液中；如果压力超过400 atm，则会因过高压力而发生能量损失，并且 在官能化CNT方面官能化程度不会再得到提高。预热器110用于在对混合物在后述的亚临界水或超临界水条件下进 行处理之前预先预热混合物，并恒定地保持反应器130的温度。作为结果，预热器110的前端安装有热交换器14以起到预热CNT 溶液和氧化剂的混合物的作用，其中热交换器14可以在于后述亚临界水 或超临界水条件下官能化的产物得到最终冷却之前初步降低温度，从而 起到防止在以后的冷却时所消耗的能量损失的作用。如果温度低于IO(TC， 则温度会在阈值条件下进一步升高，使得防止能量损失的作用不复存在； 如果温度超过370°C，则将温度升高至超过实现预热作用的温度所消耗的 能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种官能化碳纳米管的连续方法，所述方法包括：　ａ）在５０ａｔｍ～４００ａｔｍ的压力下，分别或一同连续供给碳纳米管溶液和氧化剂，然后预热所述碳纳米管溶液和所述氧化剂的混合物；　ｂ）在５０ａｔｍ～４００ａｔｍ的亚临界水或超临界水条件 下官能化经预热的所述混合物中的所述碳纳米管；　ｃ）将经官能化的产物冷却至０℃～１００℃，并将经官能化的所述产物减压至１ａｔｍ～１０ａｔｍ；和　ｄ）回收经冷却和减压的所述产物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韩柱熙，李镇瑞，都承会，洪成哲，
申请(专利权)人：韩华石油化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]