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一种制备单壁纳米管的组合装置

阅读:295发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种制备单壁纳米管的组合装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种制备单壁 碳 纳米管 的组合装置,主要包括有 电弧 真空 放电装置,属 纳米材料 制造装置技术领域。本发明的组合装置包括有电弧放电真空炉、笼式收集装置、过滤室、冷阱及附属装置,其特征是这些装置通过管道前后相互 串联 连接。电弧放电真空炉的炉壁为一双层 水 冷不锈 钢 腔壁,该腔壁上接一定 角 度开有6个可以放置 电极 的窗口,可在同一平面或不同平面安置调节两电极的相对 位置 。本发明在真空腔室内设置了笼式收集装置,另外还设置了过滤室、冷阱,可有利于大部分 碳纳米管 的收集,可提高产物的收集率,并提高了产物的纯度;同时可保证 纳米粒子 杂质不进入空气中污染大气。,下面是一种制备单壁纳米管的组合装置专利的具体信息内容。

1. 一种制备单壁纳米管的组合装置,包括电弧放电真空炉、笼式收集装置、过滤 室、冷阱及附属装置,其特征在于:电弧放旨真空炉、笼式收集装置、过滤室、冷阱, 通过管道前后相互连接;所述的电弧放电真空炉的结构为:圆筒形的电弧放电真空炉的同壁为双层冷不锈 腔壁;在同壁等距离设置有5个电极安装窗口(21、22、23、24、25)以及在电弧真 空炉后壁设置的1个电极安装窗口(26);六个电极安装窗口可满足阳极阴极电极在 同一平面或不同平面成不同度进行安装;在电弧真空炉的腔室内上部设置有一收集笼(I);收集笼(1)有管道通向过滤室(5);在电弧真空炉的腔室下部,通过电极安装 窗口(23、25)分别安装有阳极(12)和阴极(11);在电弧真空炉同壁底部开有一气 体进气口(2);电弧真空炉设有一炉(13),炉门(13)上设有上下两个观察窗口(14、15),观察窗口(14、15)为双层结构,即电弧防护窗(14a、15a)和观察玻璃 窗(16、19);观察窗口(14、15)内各设有窗刷(17、18),以清理观察玻璃窗上沉 积的颗粒杂物;在电弧放电真空炉双层水冷不锈钢腔壁上开设有一冷却水进水口(3) 和出水口(4),以冷却腔室内的高温气氛及冷却炉壁;所述的笼式收集装置的结构为:笼式收集装置即收集笼(1),它是由多根不锈钢 组成的中空圆柱形骨架,可连续旋转,以捕集单壁碳纳米管;所述的过滤室的结构为:过滤室(5)与收集笼(1)之间有管道相连,过滤室(5)的室腔中设有一网状内胆(6),以过滤碳纳米管;所述的冷阱的结构为:冷阱(7)的下部与过滤室下部有管连通;其内部为一设 有封头的内胆(8),其上部设有液氮进料管(10)和出料管(9),以保证纳米粉体吸附在内胆外壁上,避免进入空气造成污染;在冷阱(7)的上部一侧有一抽气管口(20),抽气管口(20)与真空相连接,以保证该系统的气流运送方向及真空状态。
2.根据权利要求1所述的一种制备单壁碳纳米管的组合装置,其特征是所述的阴极(II)和阳极(12),在其电极连接处有夹具,它为圆形或方形开口;阴极端部设有 可使其连续转动的附属装置;阳极端部采用焊接波纹管结构,使电极前后、上下、左右 可作移动和微调;阴阳电极为长碳电极棒,除圆形或方形外,还可使用其他形状。
3.根据权利要求1所述的一种制备单壁碳纳米管的组合装置,其特征是所述的电弧炉 周壁底部开设的进气口(2)送入的气体为氦气或氢氩混合气体。

说明书全文

一种制备单壁纳米管的组合装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备单壁碳纳米管的组合装置,主要包括有电弧真空放电装 置,属纳米材料制造装置技术领域。

背景技术

[0002] 自1991年发现多壁碳纳米管(MWCNTs)和1993年发现单壁碳纳米管 (SWCNTs)以后,制备碳纳米管的方法主要有电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法(CVD)。目前报道中,激光蒸发法能制备出高纯、高结晶性单壁碳纳米管,但是 设备成本高;CVD法设备简单,可以大批量制备碳纳米管,但是制备的碳纳米管结晶性 差,使得碳纳米管的很多优点无法显示出来。目前电弧放电法设备相对简单,制备出的 碳纳米管与碳纳米杂质不易分开,而且纳米级别的灰尘很容易进入大气中,从而污染空 气。
[0003] 中国专利CN 1463919A公开了制备碳纳米管的方法,其中阴极阳极成30_80 度的;中国专利CN 2475983Y和CN 1712350A均提出了要对炉壁进行温控的加热方 法。这些设备都能生产碳纳米管,但是没有提出对于碳纳米管进行分离收集以及对纳米 级别的灰尘的捕集。
[0004] 本发明专利提出了通过样品收集装置(旋转的笼子)将生成的大部分单壁碳 纳米管蜘蛛网物收集,使微小的碳纳米颗粒杂质经出气口流出,达到收集与提高纯度两 个目的。同时,再通过过滤室和冷阱将几乎所有的碳纳米颗粒杂质以及逃逸的碳纳米管 完全捕集,避免其进入大气污染空气。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种可提高收集率,提高纯度及防止污染环境的单壁碳 纳米管的组合装置。
[0006] 本发明的一种制备单壁碳纳米管的组合装置,包括电弧放电真空炉、笼式收 集装置、过滤室、冷阱及附属装置,其特征在于:电弧放旨真空炉、笼式收集装置、过 滤室、冷阱,通过管道前后相互连接;各部分装置的结构及其设备方式如下:a.电弧放电真空炉:圆筒形的电弧放电真空炉的同壁为双层冷不锈腔壁;在 同壁等距离设置有5个电极安装窗口以及在电弧真空炉后壁设置的1个电极安装窗口;六 个电极安装窗口可满足阳极和阴极电极在同一平面或不同平面成不同角度进行安装;在 电弧真空炉的腔室内上部设置有一收集笼;收集笼有管道通向过滤室;在电弧真空炉的 腔室下部,通过电极安装窗口分别安装有阳极和阴极;在电弧真空炉同壁底部开有一气 体进气口;电弧真空炉设有一炉,炉门上设有上下两个观察窗口,观察窗口为双层结 构,即电弧防护窗和观察玻璃窗;观察窗口内各设有窗刷,以清理观察玻璃窗上沉积的 颗粒杂物;在电弧放电真空炉双层水冷不锈钢腔壁上开设有一冷却水进水口和出水口, 以冷却腔室内的高温气氛及冷却炉壁;b.笼式收集装置:笼式收集装置即收集笼,它是由多根不锈钢组成的中空圆柱形 骨架,可连续旋转,以捕集单壁碳纳米管;
C.过滤室:过滤室与收集笼之间有管道相连,过滤室的室腔中设有一网状内胆, 以过滤碳纳米管;
d.冷阱:冷阱的下部与过滤室下部有管连通;其内部为一设有封头的内胆,其上 部设有液氮进料管和出料管,以保证纳米粉体吸附在内胆外壁上,壁免进入空气造成 污染;在冷阱的上部一侧有一抽气管口,抽气管口与真空相连接,以保证该系统的气 流运送方向及真空状态。
[0007] 所述的阴极和阳极,在其电极连接处有夹具,它为圆形或方形开口;阴极 端部设有可使其连续转动的附属装置;阳极端部采用焊接波纹管结构,使电极前后、上 下、左右可作移动和微调;阴阳电极为长碳电极棒,除圆形或方形外,还可使用其他形 状。
[0008] 所述的电弧炉周壁底部开设的进气口送入的惰性气体为氦气或氢氩混合气 体。
[0009] 本发明组合装置的运作情况如下所述:设于电弧放电真空炉真空腔室内的含 催化剂阳极碳电极棒,与另一阴极电极之间放电弧,阳极电极棒被蒸发生成的丝状单壁 碳纳米管产物在真空腔室中由特设的笼式收集装置收集;笼式收集装置为一中空骨架, 丝状单壁碳纳米管被挂在骨架上;通过连接的管道,被气流送入过滤室,过滤室将大部 分没有收集到的单壁碳纳米管及纳米颗粒杂质进行收集,接着物流和气流进入与过滤室 相连接的冷阱,冷阱将纳米级别的炉尘捕集于其中的内胆外壁;在冷阱后设置的机械真 空泵提供气体的流动和真空需求。
[0010] 本发明的特点是:在收集单壁碳纳米管时,不再像以往装置那样让其自然沉 积于水冷腔壁上,而是通过笼式收集装置捕集,这样可提高收集率,而且能将单壁碳纳 米管和碳纳米颗粒杂质分开,提高了产品纯度。另外,采用了过滤室,将大部分碳纳米 颗粒及漏收残余的单壁碳纳米管捕集后再通过冷阱,可以将几乎所有的纳米颗粒杂质完 全收集,以避免其进入空气污染大气。
[0011] 本发明另一特点是:电极的布置不仅可以实现同一平面上不同角度进行放 电,而且可以实现不同平面不同角度进行放电。附图说明
[0012] 图1为本发明组合装置的背面视图示意图; 图2为炉门打开状态时的电弧真空炉的正面视图; 图3为电弧颠空炉的侧面视图;图4为电极端部铜夹具的开口形状图; 图5为炉门设置示意图; 图6为炉门观察窗内的刷子立体示意图。

具体实施方式

[0013] 现将本发明组合装置的具体实施例进一步详细说明于后。[0014] 实施例1:参见图1、图2、图3。本实施例中,制备单壁碳纳米管的组合装置, 包括电弧放电真空炉、笼式收集装置、过滤室、冷阱及附属装置,其特征在于:电弧放 旨真空炉、笼式收集装置、过滤室、冷阱,通过管道前后相互连接;各部分装置的结构 及其设备方式如下:(1)、电弧放电真空炉:圆筒形的电弧放电真空炉的同壁为双层水冷不锈钢腔壁; 在同壁等距离设置有5个电极安装窗口 21、22、23、24、25以及在电弧真空炉后壁设置 的1个电极安装窗口 26 ;六个电极安装窗口可满足阳极和阴极电极在同一平面或不同平 面成不同角度进行安装(如45°、90°、135°、180° );在电弧真空炉的腔室内上部 设置有一收集笼1;收集笼1有管道通向过滤室5;在电弧真空炉的腔室下部,通过电极 安装窗口 23、25分别安装有阳极12和阴极11;在电弧真空炉同壁底部开有一惰性气体 进气口 2;电弧真空炉设有一炉门13 (参见图5),炉门13上设有上下两个观察窗口 14、15,观察窗口 14、15为双层结构,即电弧防护窗14a、15a和观察玻璃窗16、19;观 察窗口 14、15内各设有窗刷17、18,以清理观察玻璃窗上沉积的颗粒杂物;在电弧放电 真空炉双层水冷不锈钢腔壁上开设有一冷却水进水口 3和出水口 4,以冷却腔室内的高温 气氛及冷却炉壁;
(2)、笼式收集装置:笼式收集装置即收集笼1,它是由多根不锈钢组成的中空圆 柱形骨架,可连续旋转,以捕集单壁碳纳米管;
(3)、过滤室:过滤室5与收集笼1之间有管道相连,过滤室5的室腔中设有一网 状内胆6,以过滤碳纳米管;
(4)、冷阱:冷阱7的下部与过滤室下部有管连通;其内部为一设有封头的内胆 8,其上部设有液氮进料管10和出料管9,以保证纳米粉体被吸附在内胆外壁上,壁免进 入空气造成污染;在冷阱7的上部一侧有一抽气管口 20,抽气管口 20与真空泵相连接, 以保证该系统的气流运送方向及真空状态。
[0015] 所述的阴极11和阳极12,在其电极连接处有铜夹具(参见图4),它为圆 形或方形开口;阴极端部设有可使其连续转动的附属装置;阳极端部采用焊接波纹管结 构,使电极前后、上下、左右可作移动和微调;阴阳电极为长碳电极棒,除圆形或方形 外,还可使用其他形状。
[0016] 所述的电弧炉周壁底部开设的进气口 2送入的惰性气体为氦气或氢氩混合气 体。
[0017] 本实施例中,电弧放电真空炉中,电弧放电方法可以采用直流电弧放电,或 采用交流电弧放电,或采用交直流混合电弧放电。
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