碳纳米管提纯方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及碳纳米管制备技术领域，特别涉及一种大批量碳纳米管的提纯方法。
【背景技术】
[0002]1991年底日本学者Lijimat发现了由碳原子组成的碳纳米管，由于其结构特殊，如典型的一维纳米结构、中空的管体，它具有极高的轴向强度(约为钢的100倍)和很高的弹性模量，长径比大(一般为100?1000)、超高的表面原子比、高温稳定、减摩耐磨性好、导热性良好等性质，碳纳米管表现出许多与其他炭质材料完全不同的特殊性能，故应用于新型电子器件或新型功能材料等领域。目前碳纳米管的大量制备为研究其物理和化学特性及实际应用提供了可能，但利用电弧法和流动催化剂法等方法制备出的碳纳米管常常伴有相当数量的杂质，如碳纳米颗粒、无定形炭、碳纳米球及催化剂粒子等。这些杂质的存在极大地阻碍了碳纳米管的物性研究和实际应用，因此对碳纳米管的纯化研究已得到越来越多的重视。目前纯化途径主要是利用碳纳米管与无定形炭等杂质的理、化学等方面的微小差别来达到提纯的目的，提纯方法主要有:化学氧化法、气相氧化法、液相氧化法、插层氧化法等，但是这些方法只适合少量碳纳米管提纯，比如(见图1):固定床设备制备碳纳米管，反应温度为500°c，不通入还原气体，通入氮气保护，气体流速为150m3/h，降到室温，取出，得到的是低纯度碳纳米管。但在工业上适合大批量制备提纯碳纳米管的有效方法还是缺失的，因此，亟待发明一种适合大批量碳纳米管的提纯方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种碳纳米管提纯方法，其适合于大批量碳纳米管的提纯，解决了现有技术中仅为少量碳纳米管提纯且得到的碳纳米管纯度不高等问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种碳纳米管提纯方法，该方法包括:
a、在固定床或流化床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升至100°C _800°C，通入气体流速为0.06m3/h-1OOOmVh的还原气体和/或惰性气体，反应时间为3_60分钟；所述还原气体为氢气和/或二氧化碳；所述惰性气体为氮气。
[0005]b、停止通入所述还原气体，在惰性气体的保护下降至室温，即得到所述碳纳米管；所述惰性气体为氮气或氩气。
[0006]进一步地，所述反应温度为100°C，所述还原气体为氢气，所述氢气的气体流速为100m3/h，所述反应时间为20分钟；所述惰性气体为氮气。
[0007]进一步地，所述反应温度升为600°C，所述还原气体为氢气，所述氢气的气体流速为500m3/h，所述反应时间为20分钟；所述惰性气体为氮气。
[0008]进一步地，所述反应温度为700°C，所述还原气体和惰性气体为氢气和氮气混合气体，所述氢气的气体流速为80m3/h，所述氢气和氮气混合气体的气体总流速为300m3/h，所述反应时间为60分钟；所述惰性气体为氮气。
[0009]进一步地，所述反应温度为800°C，所述还原气体和惰性气体为二氧化碳和氮气混合气体，所述二氧化碳的气体流速为0.06m3/h，所述二氧化碳和氮气混合气体的气体总流速为500m3/h，所述反应时间为3分钟；所述惰性气体为氮气。
[0010]进一步地，所述反应温度为30(TC，所述还原气体为二氧化碳气体，所述二氧化碳的气体流速为1000m3/h，所述反应时间为20分钟；所述惰性气体为氩气。
[0011]进一步地，所述碳纳米管是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
[0012]由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于:本发明能够在不伤害碳管的前提下把杂质去除，具有工艺简单，操作方便快捷且成本较低等优点，适合大批量的碳纳米管提纯，且得到的碳纳米管纯度均达到99.5%以上。
【附图说明】
[0013]图1是现有技术中低纯度碳纳米管的SEM扫描图。
[0014]图2是本实施例中高纯度碳纳米管的SEM扫描图。
【具体实施方式】
[0015]体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
[0016]本发明提出一种碳纳米管提纯方法，该碳纳米管是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。现将本发明碳纳米管提纯方法的具体实施例描述如下:
实施例一
在固定床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升至100 °C，通入气体流速为100m3/h的氢气，反应时间为20分钟。
[0017]停止通入氢气，通入氮气，在氮气的保护下温度逐渐降到室温，即得到纯度99.5%以上的碳纳米管，提纯过程完成，参见图2高纯度碳纳米管的SEM扫描图。
[0018]实施例二
在流化床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升为600°C，通入气体流速为500m3/h的氢气，反应时间为20分钟。
[0019]停止通入氢气，通入氮气，在氮气的保护下温度逐渐降到室温，即得到纯度99.5%以上的碳纳米管，提纯过程完成。
[0020]实施例三
在流化床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升为700°C，通入氢气和氮气混合气体，氢气的气体流速为80m3/h，氢气和氮气混合气体的气体总流速为300m3/h，反应时间为60分钟。
[0021]停止通入氢气，在氮气保护下温度逐渐降到室温，即得到纯度99.5%以上的碳纳米管，提纯过程完成。
[0022]实施例四
在流化床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升为800°C，通入二氧化碳和氮气混合气体，二氧化碳的气体流速为0.06m3/h，二氧化碳和氮气混合气体的气体总流速为500m3/h，反应时间为3分钟。
[0023]停止通入二氧化碳，在氮气的保护下温度逐渐降到室温，即得到纯度99.5%以上的碳纳米管，提纯过程完成。
[0024]实施例五
在流化床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升为300°C，通入气体流速为1000m3/h的二氧化碳气体，反应时间为20分钟。
[0025]停止通入二氧化碳，通入氩气，在氩气的保护下温度逐渐降到室温，即得到纯度99.5%以上的碳纳米管，提纯过程完成。
[0026]上述各实施例适用于碳纳米管形态为粉末状、颗粒状或是二者混合；同时适用于铁、钴、镍等不同活性组分催化剂制备的碳纳米管的提纯，可以有效地去除铁、钴、镍金属杂质。本发明实施例中的还原气体与非碳纳米管物质(如无定形碳等杂质)反应，不会对碳纳米管造成伤害，在保证碳纳米管性能的基础上去除杂质，达到高纯度碳纳米管。本发明碳纳米管的提纯方法工艺简单，易操作，成本低，适合在工业上大批量的碳纳米管提纯。
[0027]此外，本发明实施例中还原气体和惰性气体的分析纯均在99.9%以上。
[0028]虽然已参照典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种碳纳米管提纯方法，其特征在于，该方法包括: a、在固定床或流化床设备制备碳纳米管完成后，将反应温度升至100°C_800°C，通入气体流速为0.06m3/h-1OOOmVh的还原气体和/或惰性气体，反应时间为3_60分钟；所述还原气体为氢气和/或二氧化碳；所述惰性气体为氮气； b、停止通入所述还原气体，在惰性气体的保护下降至室温，即得到所述碳纳米管；所述惰性气体为氮气或氩气。2.如权利要求1所述的碳纳米管提纯方法，其特征在于，所述反应温度为100°C，所述还原气体为氢气，所述氢气的气体流速为100m3/h，所述反应时间为20分钟；所述惰性气体为氮气。3.如权利要求1所述的碳纳米管提纯方法，其特征在于，所述反应温度升为60(TC，所述还原气体为氢气，所述氢气的气体流速为500m3/h，所述反应时间为20分钟；所述惰性气体为氮气。4.如权利要求1所述的碳纳米管提纯方法，其特征在于，所述反应温度为70(TC，所述还原气体和惰性气体为氢气和氮气混合气体，所述氢气的气体流速为80m3/h，所述氢气和氮气混合气体的气体总流速为300m3/h，所述反应时间为60分钟；所述惰性气体为氮气。5.如权利要求1所述的碳纳米管提纯方法，其特征在于，所述反应温度为8(KTC，所述还原气体和惰性气体为二氧化碳和氮气混合气体，所述二氧化碳的气体流速为0.06m3/h，所述二氧化碳和氮气混合气体的气体总流速为500m3/h，所述反应时间为3分钟；所述惰性气体为氮气。6.如权利要求1所述的碳纳米管提纯方法，其特征在于，所述反应温度为300°C，所述还原气体为二氧化碳气体，所述二氧化碳的气体流速为1000m3/h，所述反应时间为20分钟；所述惰性气体为氩气。7.如权利要求1所述的碳纳米管提纯方法，其特征在于，所述碳纳米管是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
【专利摘要】本发明提出一种碳纳米管提纯方法，所述碳纳米管提纯方法主要包括以下步骤：a、在固定床或流化床设备制备碳纳米管过程中或制备完成后，通入还原气体和/或惰性气体，具体为氢气和/或二氧化碳，反应的温度为100℃-800℃之间，反应时间为3-60分钟，气体流速为0.06m3/h-1000m3/h之间；b、停止通入还原气体，在惰性气体的保护下降至室温，惰性气体为氮气和/或氩气，即得到纯度为99.5%以上的碳纳米管。本发明碳纳米管提纯方法能够在不伤害碳管的前提下把杂质去除，具有工艺简单，操作简单，提纯效率高且成本较低等优点，适合工业化大批量的碳纳米管提纯。
【IPC分类】C01B31/02, B82Y40/00
【公开号】CN105060271
【申请号】CN201510466039
【发明人】张权, 徐丽丽, 马伟斌
【申请人】惠州集越纳米材料技术有限责任公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月30日