【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种碳纳米管的制造装置，其能够通过连接使用等离子体装置和cvd反应器来合成高品质的碳纳米管。
技术介绍
1、碳纳米管是由一层碳原子厚度的石墨烯卷成圆柱形的纳米结构，根据围绕的壳的层数分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。一般来说，碳纳米管的直径为数nm至数十nm，长度为直径的数十倍至数千倍。另外，根据手性指数(管的直径和卷绕角由整数(n，m)表示的值)，碳纳米管可以是金属或半导体的。此外，单壁碳纳米管通常以“束”形式排列，其中多根线通过范德华力聚集。同时，多壁碳纳米管由多层壳组成，每层的直径和手性指数都不同。另外，多壁碳纳米管在晶体结构中存在许多缺陷(sp3c、空位等)，因而机械性能较弱。
2、因为与传统材料相比，碳纳米管表现出高导电性和导热性、优异的强度等，所以碳纳米管可以有效地用于各种领域，例如能源、纳米技术、光学、材料工程等。例如，碳纳米管具有约数千gpa的高弹性和约数十gpa的高强度的机械性能。
3、在应用方面，碳纳米管可用作锂离子电池正负极的导电剂，是新型电极材料。由于碳纳米管优异的强度、导电性和低密度，与传统的炭黑导电剂相比，其可以提高充放电时的电池寿命和容量。特别是，当单壁碳纳米管应用于硅负极时，即使其用量是多壁碳纳米管的1/10，也具有显著的寿命改善效果。
4、在用于碳纳米管的工业用途的制造方法方面，也正在进行各种研究。传统上，电弧放电、激光沉积、化学气相沉积等已知为能够合成碳纳米管的方法。电弧放电是在低于大气压的压力下在氩气或氢气气氛中通过在碳棒之间引发电弧放电来制造
5、激光沉积是在900℃以上的高温气氛下向混合有镍、钴等金属催化剂的碳靶材上发射激光等强脉冲光来制造碳纳米管的方法。激光沉积的优点是可以生产高纯度的碳纳米管，并且可以通过改变发射的脉冲光的条件等在一定程度上调节碳纳米管的直径，但考虑到生产规模的竞争力在大规模生产方面存在限制。
6、化学气相沉积是工业领域中最常用的方法，因为可以进行大规模合成。化学气相沉积的类型包括流化床化学气相沉积(fbcvd)、浮动催化剂化学气相沉积(fccvd)等。化学气相沉积是通过使催化剂与包括源气体、还原气体和载气在内的反应气体在高温下反应而在气相中制造碳纳米管的方法。即，碳源气体被纳米颗粒催化剂分解，从而在液体纳米颗粒催化剂的表面上形成固体碳纳米管。作为具体实例，可以使用负载在二氧化硅上的fe:mo催化剂和甲烷(ch4)作为原料来在500℃至900℃下合成单壁碳纳米管。然而，使用负载型催化剂或催化剂前体大规模合成单壁碳纳米管在生产率和收率方面存在限制。
7、因此，需要研究一种能够解决现有合成碳纳米管方法的局限性并且经济且一致的大规模合成高品质碳纳米管的新方法和装置。
8、现有技术文献
9、(专利文献1)us 8048396 b2
10、(专利文献2)kr 10-2012-0112918 a
技术实现思路
1、技术问题
2、本专利技术的一个方面提供一种能够合成高品质碳纳米管的碳纳米管制造装置。
3、技术方案
4、为了解决上述限制，本专利技术提供了一种碳纳米管的制造装置。
5、具体地，(1)根据本专利技术的一个方面，提供了一种碳纳米管的制造装置，其包括：等离子体装置1和cvd反应器2，其中，所述等离子体装置包括：导入催化剂原料的原料投入部11，将导入的催化剂原料气化以形成催化剂蒸气的等离子体炬12，以及使所述催化剂蒸气凝结以产生纳米颗粒催化剂的急冷区13，并且所述cvd反应器设置有：导入在所述急冷区中产生的所述催化剂的催化剂投入部21，被配置为导入源气体的气体投入部22，以及进行碳纳米管合成反应的马弗炉23。
6、(2)在本专利技术的上述(1)中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述急冷区包括：与所述等离子体炬相邻的第一急冷区131，以及与所述第一急冷区相邻的第二急冷区132。
7、(3)在本专利技术的上述(1)或(2)中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述急冷区设置有被配置为导入急冷气体的冷却气体投入部130。
8、(4)在本专利技术的上述(1)至(3)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述冷却气体投入部设置有流量控制装置。
9、(5)在本专利技术的上述(1)至(4)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述第一急冷区和所述第二急冷区各自均设置有被配置为导入急冷气体的冷却气体投入部130，并且所述第二急冷区还设置有被配置为导入氢气的氢气投入部133。
10、(6)在本专利技术的上述(1)至(5)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述cvd反应器还包括用于加热其内部的加热装置和用于使其中的气流均匀的分散板。
11、(7)在本专利技术的上述(1)至(6)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述气体投入部包括用于将导入的源气体预热的预热装置221。
12、(8)在本专利技术的上述(1)至(7)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，所述装置还包括回收装置3，所述回收装置3连接至所述cvd反应器并用于回收粉末形式的合成的碳纳米管。
13、(9)在本专利技术的上述(1)至(8)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述回收装置包括旋风分离器和过滤器中的至少一种。
14、(10)在本专利技术的上述(1)至(9)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，所述装置连续运行。
15、(11)在本专利技术的上述(1)至(10)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，合成的碳纳米管是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其混合物。
16、(12)在本专利技术的上述(1)至(11)的任一项中，提供了所述碳纳米管的制造装置，其中，合成的碳纳米管为粉末形式。
17、有利效果
18、当使用本专利技术的碳纳米管的制造装置时，与使用负载型催化剂和流化床反应器的传统的碳纳米管的制造方法相比，可以在更短的时间内制造高品质的碳纳米管。
19、另外，本专利技术的碳纳米管的制造装置可以连续运行以有效地制造碳纳米管，并且可以通过将使用等离子体装置制备的纳米颗粒催化剂的粒径控制在适当的范围内来制造具有优异物理性质的碳纳米管。此外，由于用于制备催化剂的等离子体装置和用于合成碳纳米管的cvd反应器在物理上分离，因此本专利技术的碳纳米管的制造装置可以独立地控制催化剂制备过程中的工艺变量和控制碳纳米管合成过程中的工艺变量，于是使用本专利技术的碳纳米管的制造装置可以容易地优化整个碳纳米管合成过程。
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1.一种碳纳米管的制造装置，其包括：
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述急冷区包括：
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述急冷区设置有被配置为导入急冷气体的冷却气体投入部(130)。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述冷却气体投入部设置有流量控制装置。
5.如权利要求2所述的装置，其中，所述第一急冷区和所述第二急冷区各自均设置有被配置为导入急冷气体的冷却气体投入部(130)，并且
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述CVD反应器还包括用于加热其内部的加热装置和用于使其中的气流均匀的分散板。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述气体投入部包括用于将导入的源气体预热的预热装置(221)。
8.如权利要求1所述的装置，其还包括回收装置(3)，所述回收装置(3)连接至所述CVD反应器并用于回收粉末形式的合成的碳纳米管。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述回收装置包括旋风分离器和过滤器中的至少一种。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置连续运行。
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