碳纳米管制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碳纳米管制造装置，包括内部形成有反应场的反应管、以及位于反应管下游并向外部排放碳纳米管的排放管（３２）。多个喷嘴（３４）沿偏离排放管（３２）的中心（Ｏ）的方向位于排放管（３２）的侧壁上。当从多个喷嘴（３４）中喷射气体时，在排放管（３２）中可产生从内侧面沿内侧面流动的漩涡。通过旋转流动可避免碳纳米管粘附到排放管（３２）的内侧面上，由此可使该装置连续运行。

【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通过使用气相流动方法生产诸如碳纳米管和碳纤维的碳纳米管 的碳纳米管合成工艺装置。
技术介绍
碳纳米管是由结晶形碳构成的圆筒状石墨晶体薄层。更具体讲，由处于六角晶格 中的碳原子六元环形成平面或曲面状石墨烯薄片，并将该石墨烯薄片卷成圆筒状碳纳米 管。碳纳米管的直径一般为0. 4nm至数十纳米，且碳纳米管的长度通常为数十至数千纳米， 或是其直径的许多倍。这类碳纳米管具有高强度以及优良的导电性、导热性和润滑性，因此已引起人们 对其各方面应用的关注。此外，为降低碳纳米管的推广使用成本，要求采用更高效的碳纳米 管生产技术。一种被称为气相流动的方法已成为碳纳米管的生产技术之一。通过使用这种气相 流动方法，使含碳材料和金属催化剂在高温炉内随载气流动，由此使在气相中的诸如碳源 的材料发生热分解和合成，从而生产碳纳米管。由于这种气相流动方法适用于批量生产，已 就该方法提出很多改进的技术/工艺。
技术实现思路
技术难题通过使用这种气相流动方法，位于反应管下游的排放管有时会被制得的碳纳米管 阻塞。具体地讲，虽然在反应管中合成的碳纳米管应向下游方向流动、且应最终通过位于 反应管下游的排放管向外排放，但在该传输过程中碳纳米管有时会粘附到排放管的内表面 上。一旦碳纳米管被粘附到排放管的内表面上，即使只有少量，更多的碳纳米管就会轻易地 粘附到(或轻易地被捕集到)已粘附在内表面上的碳纳米管上，由此使碳纳米管在排放管 中的积聚数量迅速增加。这样有可能最终导致碳纳米管阻塞排放管。为解决这一难题，需 常规性定期中断生产装置的运行，并除去粘附在排放管内表面上的碳纳米管。然而，上述定 期中断生产装置的运行并除去碳纳米管的做法已造成一些问题，包括降低碳纳米管的生产 效率和增加操作人员的负担。在文献JP 2001-73231A和JP 2001-115342A中公开了避免碳纳米管粘附到反应 管内表面上的技术。然而，这些技术旨在避免碳纳米管粘附到反应管上，但不能由此避免碳 纳米管粘附到排放管上。此外，虽然已提出多种关于气相流动方法的其他改进技术，但目前 尚不存在可适当避免碳纳米管粘附和阻塞排放管的技术。因此，难以提高碳纳米管的生产 效率。因此，本专利技术旨在提供一种可提高碳纳米管生产效率的碳纳米管合成工艺装置。解决方案根据本专利技术的一方面，提供一种通过使用气相方法生产碳纳米管的碳纳米管合成工艺装置。该装置包括反应管；给料设备，用于从反应管的上游侧供应含碳原料；加热设 备，用于加热反应管并由此在反应管内产生可使含碳原料发生热分解的反应场，从而制得 碳纳米管；排放管，位于反应管的下游，用于向外部输送在反应管中制得的碳纳米管；以及 旋转流动产生设备，用于产生从排放管的内侧面沿其内侧面流动的旋转流动。根据另一优选实施例，旋转流动产生设备包括多个位于排放管内侧面上的喷嘴， 用于沿偏离排放管中心的方向喷射气体。优选多个喷嘴等间隔位于排放管的圆周方向上。 此外，优选喷嘴位于低于喷嘴容许温度的排放管低温区域的上游端附近。本专利技术优点根据本专利技术，在排放管内产生从排放管内侧面沿其内侧面的旋转流动。通过这种 旋转流动，可使碳纳米管与壁面隔离，且向排放管的中心传输，从而可有效避免碳纳米管粘 附到内侧面上以及由此造成的排放管阻塞。此外，即使碳纳米管粘附到内侧面上，碳纳米管 也可被旋转流动移走。由此可使碳纳米管合成工艺装置连续运行，从而提高其生产效率。附图说明下文将结合附图对本专利技术的这些和其他目的作说明。这些附图中图1是本专利技术实施例所述碳纳米管合成工艺装置的结构示意图；图2是排放管的横截面示意图；图3是沿图2中A-A线的横截面图；以及图4是沿图2中B-B线的横截面图。参考编号10.碳纳米管合成工艺装置；12.反应管；14.加热设备；18.原料给料机构；20.原 料槽；22.泵；24.原料给料线；26.给料喷嘴；28.进气管；30.罩；32.排放管；34.喷嘴。具体实施例方式下文将结合附图描述本专利技术的优选实施例。图1是本专利技术一实施例所述碳纳米管 合成工艺装置10的结构示意图。碳纳米管合成工艺装置是一种采用气相流动方法生产碳 纳米管的装置，它包括反应管12、用于加热反应管12的加热设备14、用于向反应管12供应 原料液体的原料给料机构18、用于将在反应管12中制得的碳纳米管输送到收集槽(未显 示)中的排放管32等。反应管12是一管状元件，它由下述加热设备14加热，以在其中产生可进行碳纳米 管合成反应的反应场。根据本实施例，使用被称为垂直向下流动型的反应管12，它可使在反 应管12中从上向下进行碳纳米管的合成反应。然而，只要反应场稳定，也可使用合成反应 从下向上进行的垂直向上流动型反应管、以及合成反应沿横向进行的横向型反应管。此外， 虽然期望反应管12大体上呈圆筒状，但只要反应场稳定，反应管12也可呈矩柱状。加热设备14位于反应管12的外围表面周围。加热设备14例如由电炉组成，用于 将反应管12的内部加热至可合成碳纳米管的温度(以下称为“合成温度”)。加热设备14的布置方式可使加热设备14尽可能均勻加热反应管12的内部。不 过，在反应管12的边缘部分的热耗面积通常大于在反应管12的中心部分的热耗面积，由此 易使边缘部分的温度较低。换言之，在反应管12的内部可产生向反应管12的两端温度降低的温度分布。虽然不可能清楚确定该温度分布的边界，但在反应管12的上游边缘附近形 成低于合成温度的第一中间温度区域Ea、以及在反应管12的下游边缘附近形成低于合成 温度的第二中间温度区域Ec。此外，在反应管12的中心部分(即在第一中间温度区域Ea 与第二中间温度区域Ec之间)形成温度达到碳纳米管合成温度的反应区域Eb。虽然该处 在本实施例中加热设备14只位于反应管12的外部周围，根据反应管12的内径以及每台加 热设备14的性能，加热设备14还可位于反应管12的内部。由原料给料机构18向反应管12供应原料液体。原料给料机构18包括原料槽20、 给料喷嘴26、原料给料线24、泵22等。原料槽20是用于储存原料液体的容器。原料液体 是一种含碳液体，或是一种由有机金属催化剂、含有机金属催化剂的反向胶团粒子、催化剂 助剂等混合而成的液体。原料液体通过原料给料线24被输送给多个给料喷嘴26。由泵22 输送原料液体，对该泵22的操纵是由控制段(未显示)控制的。给料喷嘴26可雾化和供应已从原料槽20输送到反应管12的原料液体。给料喷 嘴26位于反应管12的上游边缘，且其前端从反应管12的上游边缘表面延伸到反应管12 的内部，从而到达反应区域Eb。图1显示一实施例，其中有两个给料喷嘴26，且未特别限制 给料喷嘴26的数量，有可能有一个、三个或更多个。当向高温反应管12供应由给料喷嘴26喷出的雾化原料液体时，原料液体中所含 的碳源、有机金属催化剂、以及催化剂助剂被蒸发。然后，有机金属催化剂发生热分解，得到 催化剂细粒。当碳源与这样制得的催化剂细粒接触时，在催化剂细粒表面上形成由碳原子 构成的六边形平面，由此形成圆筒状石墨烯薄片。进而，在催化剂细粒在反应管12内沉积 的过程中，该石墨烯薄片沿纵向逐渐生长，从而制得碳纳米管。在给料喷嘴26的周围设有载气的进气管28。进气管28通过供气线与供气源连 接。载气不影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用气相方法生产碳纳米管的碳纳米管合成工艺装置，所述装置包括：　　反应管；　　给料设备，用于从所述反应管的上游侧供应含碳原料；　　加热设备，用于加热所述反应管，由此在所述反应管内产生可热分解所述含碳原料以制得碳纳米管的反应场；　　排放管，位于所述反应管的下游侧，用于将在所述反应管内制得的所述碳纳米管输送到外部；以及　　旋转流动产生设备，用于产生从所述排放管的内侧面沿该内侧面流动的旋转流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：素木岫一，村井刚次，中川裕三，
申请(专利权)人：日机装株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]