用于制备碳纳米管的纯化炉和碳纳米管制备系统的制作方法

本实用新型属于碳纳米管制备技术领域，尤其涉及一种用于制备碳纳米管的纯化炉和碳纳米管制备系统。

背景技术：

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。碳纳米管自上世纪90年代被发现以来，由于其独有的结构和特殊的物化特性以及潜在的应用前景引起了各国科学家的极大兴趣，是物理学、化学、材料学等领域的研究热点之一。

碳纳米管材料的制备方法大体上分为两个阶段：即包括碳纳米管初步生长和进一步纯化。目前，碳纳米管材料制备纯化过程一般是将初步生长的碳纳米管置于纯化炉中进行高温真空纯化。纯化炉又称高温石墨化炉，专用于碳纤维等复合材料的纯化处理，其炉腔最高温度可达3000℃，现有用于碳纳米管材料制备的纯化炉一般只有一个炉腔，操作繁琐，需先将初步生长的碳纳米管物料在常温下先装入纯化炉的炉腔内，待炉腔内抽真空后开始加热处理，等纯化结束后将炉腔降温到室温取料，然后放下一批料进行同样的操作。这种纯化炉不能实现连续化生产，而且间歇式的生产方式会浪费大量的时间在炉腔的升温和降温阶段，因此，造成碳纳米管材料的制备方法效率低、耗能高的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于制备碳纳米管纯化炉和碳纳米管制备系统，旨在解决现有纯化炉不能实现连续化生产，而且制备碳纳米管材料时耗能高、效率低等技术问题。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一方面，本实用新型提供一种用于制备碳纳米管的纯化炉，所述纯化炉的炉腔内依次设置有用于预存待纯化处理碳纳米管材料的第一腔体、用于纯化处理所述碳纳米管材料的第二腔体和用于冷却所述碳纳米管材料的第三腔体；

所述第一腔体与外界通过可开关的第一密封隔板隔开，所述第一腔体与所述第二腔体通过可开关的第二密封隔板隔开，所述第二腔体与所述第三腔体通过可开关的第三密封隔板隔开，所述第三腔体与外界通过可开关的第四密封隔板隔开；

且所述纯化炉设置有与所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体分别对应的第一抽真空装置、第二抽真空装置和第三抽真空装置，所述第一腔体抽至预定的真空度值后再将第一腔体内的所述待纯化处理碳纳米管材料输送至始终保持该预定的真空度值的第二腔体内，所述第三腔体抽真空后冷却所述碳纳米管材料。

具体地，所述第一抽真空装置外设于所述第一腔体的顶端，且与所述第一腔体通过第一孔道连通；所述第二抽真空装置外设于所述第二腔体的顶端，且与所述第二腔体通过第二孔道连通，所述第三抽真空装置外设于第三腔体的顶端，且与所述第三腔体通过第三孔道连通。

具体地，所述纯化炉还配置有驱动所述第一密封隔板、所述第二密封隔板、所述第三密封隔板和所述第四密封隔板开关的驱动机构。

具体地，所述第一密封隔板、所述第二密封隔板、所述第三密封隔板和所述第四密封隔板均为石墨隔板。

另一方面，本实用新型还提供一种碳纳米管制备系统，所述碳纳米管制备系统包含上述纯化炉。

具体地，所述碳纳米管制备系统还包含碳纳米管材料生成装置、自动分装装置和收集装置，所述碳纳米管材料生成装置、所述自动分装装置、所述纯化炉和所述收集装置顺次连接，所述纯化炉设置在所述自动分装装置和所述收集装置之间，且所述纯化炉通过传送轨道分别与所述自动分装装置和所述收集装置连接。

具体地，所述传送轨道设置在所述纯化炉的底端，且所述第一密封隔板、所述第二密封隔板、所述第三密封隔板和所述第四密封隔板可上下移动地嵌设在所述传送轨道上。

具体地，所述待纯化处理碳纳米管材料置于可在所述传送轨道移动的石墨容器中。

具体地，所述碳纳米管制备系统包括两组以上的所述自动分装装置、所述纯化炉和所述收集装置。

具体地，所述碳纳米管材料生成装置为流化床或移动床。

本实用新型提供的纯化炉，用于制备碳纳米管的纯化阶段，可对刚生长的碳纳米管材料依次经过第一腔体、第二腔体和第三腔体；在该纯化炉中的第二腔体内可以始终保持较高的纯化温度(即在900-3000℃之间)，不用降温就可以连续进行碳纳米管材料的纯化处理，这样，就实现了连续化的纯化操作，节约了大量升温和降温的时间，提高了生产效率，节约能源。

本实用新型提供的碳纳米管制备系统，包含一套集碳纳米管生长和纯化为一体的设备，用该系统制备碳纳米管，具有节能、生产效率高等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的纯化炉结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的碳纳米管材料制备系统示意图；

其中，附图标记说明如下：

11：第一腔体；

12：第二腔体；

13：第三腔体；

21：第一密封隔板；

22：第二密封隔板；

23：第三密封隔板；

24：第四密封隔板；

31：第一抽真空装置；

32：第二抽真空装置；

33：第三抽真空装置；

4：传送轨道。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定有”或“设置有”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接有”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接到另一个元件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下、前、后、内、外等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

一方面，本实用新型实施例提供了一种纯化炉，其结构如图1所示。该纯化炉的炉腔内依次设置有用于预存待纯化处理碳纳米管材料的第一腔体11、用于纯化处理碳纳米管材料的第二腔体12和用于冷却碳纳米管材料的第三腔体13；该第一腔体11与外界通过可开关的第一密封隔板21隔开，第一腔体11与第二腔体12通过可开关的第二密封隔板22隔开，第二腔体12与第三腔体13通过可开关的第三密封隔板13隔开，而第三腔体13与外界通过可开关的第四密封隔板14隔开；且纯化炉设置有与第一腔体12、第二腔体12和第三腔体13分别对应的第一抽真空装置31、第二抽真空装置32和第三抽真空装置33；第一腔体11抽至预定的真空度值后再将第一腔体内的待纯化处理碳纳米管材料输送至始终保持该预定的真空度值的第二腔体内12，第三腔体13抽真空后冷却该碳纳米管材料。本实施例的纯化炉通过传送轨道4分别与自动分装装置和收集装置连接(图2所示)。

本实施例提供的纯化炉，将待纯化的碳纳米管材料依次经过第一腔体11、第二腔体12和第三腔体13；同时，该纯化炉中的第二腔体12内可以始终保持较高的纯化温度(即在900-3000℃之间)，不用降温就可以连续进行碳纳米管材料的纯化处理，这样可实现连续化纯化操作，节约了大量升温和降温的时间，提高了生产效率，节约能源。

具体地，上述第一抽真空装置31外设于第一腔体11的顶端，且与第一腔体11通过第一孔道(图未标注)连通；第二抽真空装置32外设于第二腔体12的顶端，且与第二腔体12通过第二孔道(图未标注)连通；第三抽真空装置33外设于第三腔体13的顶端，且与第三腔体13通过第三孔道(图未标注)连通。这样合理布局抽真空装置，可有效利用纯化炉的空间。

具体地，本实施例纯化炉还配置有驱动第一密封隔板21、第二密封隔板22、第三密封隔板23和第四密封隔板24开关的驱动机构。具体可以是液压驱动机构、气压驱动机构、电气驱动机构等驱动机构。

具体地，上述第一腔体11、第二腔体12和第三腔体13的长度、宽度、高度均相同；且长度为20cm-5m，宽度为20cm-5m，高度为20cm-5m。而且，第一密封隔板21、第二密封隔板22、第三密封隔板23和第四密封隔板24的厚度均为20mm-50mm，且均为石墨隔板。石墨隔板可有效保证高温炉内各腔体的所需真空度以及密封性，最终提高纯化效率，节省能源。

本实施例纯化炉的纯化具体过程为：打开第一密封隔板21，待纯化处理碳纳米管材料先进入第一腔体11后，关闭第一密封隔板21和第二密封隔板22，该第一腔体11内被第一抽真空装置31抽成真空状态，同时关闭第三密封隔板23和第四密封隔板24，对应第二抽真空装置32和第三抽真空装置33抽真空，使三个腔体内真空度保持一致，然后打开第二密封隔板22，将待纯化处理碳纳米管材料输送至第二腔体12，关闭第二密封隔板22，同时，下一批待纯化处理碳纳米管材料被输送至第一腔体11内，第一腔体11内抽真空，等待进入第二腔体12纯化处理。而此时，第二腔体12内的碳管被加热到指定温度(即在900-3000℃)进行纯化处理，处理结束后，打开第三密封隔板23，然后将纯化后的碳纳米管材料输送至第三腔体13，关闭第三密封隔板23，然后打开第二密封隔板22，将下一批待纯化处理碳纳米管材料被输送第二腔体12纯化处理，同时，第一腔体11外的待纯化处理碳纳米管材料也进入第一腔体11，等待进入第二腔体12进行纯化。当第三腔体13内的温度降到室温后，打开第四密封隔板24，将降温后的碳纳米管材料输送到后续的收集装置，然后关闭第四密封隔板24，而对第三腔体13抽至先前预定的真空度，后续待纯化处理碳纳米管材料依次进行相关的操作流程处理，这样，就实现了连续纯化操作。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管制备系统，如图2所示。图2中表示的碳纳米管制备系统包含图1所示的纯化炉。该碳纳米管制备系统还包含碳纳米管材料生成装置、自动分装装置和收集装置；碳纳米管材料生成装置、自动分装装置、纯化炉和收集装置顺次连接，且纯化炉设置在自动分装装置和收集装置之间，且纯化炉通过传送轨道分别与自动分装装置和收集装置连接。

本实施例提供的碳纳米管制备系统，包含一套集碳纳米管生长和纯化为一体的设备，用该系统制备碳纳米管，具有节能、生产效率高等特点。

具体地，该传送轨道设置在纯化炉的底端，且第一密封隔板、第二密封隔板、第三密封隔板和第四密封隔板可上下移动地嵌设在传送轨道上。

具体地，所述待纯化处理碳纳米管材料置于可在所述传送轨道移动的石墨容器中。同时，碳纳米管制备系统包括两组以上的自动分装装置、纯化炉和收集装置，可以进一步提高纯化效率。

具体地，上述碳纳米管材料生成装置为流化床或移动床。

本实施例碳纳米管制备系统工作过程为：先在流化床或移动床中生长碳纳米管材料，将刚生成的碳纳米管材料经管道输送到自动分配装置中，然后在自动分配装置中用石墨容器存储待纯化处理碳纳米管材料，同时自动分配进入本实施例的纯化炉进行纯化处理。而自动分配装置和纯化炉都之间通过传送轨道传送上述装有待纯化处理碳纳米管材料的石墨容器；经纯化炉纯化处理后的碳纳米管材料从纯化炉中的降温区(第三腔体13)出来，输送到收集装置，收集装置将收集好的碳纳米管材料输送到存储设备里面进行保存，供后续工艺使用。该碳纳米管制备系统包含一套集碳纳米管生长和纯化为一体的设备，用其制备碳纳米管材料具有节能、生产效率高等特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。