一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)技術(shù)方案

一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，包括流體反應(yīng)床、換熱器、純酸儲(chǔ)罐、雜酸儲(chǔ)罐、研磨機(jī)及兩個(gè)壓濾機(jī)，所述流體反應(yīng)床排出的酸性蒸汽通入換熱器，所述換熱器排出的酸性冷卻液通入純酸儲(chǔ)罐，所述流體反應(yīng)床排出的碳納米管粗品通入壓濾機(jī)，所述壓濾機(jī)排出的酸性溶液通入雜酸儲(chǔ)罐，所述壓濾機(jī)排出的碳納米管粗品通入研磨機(jī)，然后通入下一個(gè)壓濾機(jī)，得到成品碳納米管。本實(shí)用新型專利技術(shù)，從流體反應(yīng)床上得到的酸性蒸汽，通過(guò)換熱器冷卻后，通入純酸儲(chǔ)罐中，可以直接被調(diào)整PH值后使用，而流體反應(yīng)床上碳納米管粗品溶液中的酸中含有金屬催化劑等雜質(zhì)，通入雜酸儲(chǔ)罐，待分離金屬離子和酸液，分別使用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，屬于碳納米管生產(chǎn)

技術(shù)介紹
碳納米管是一種由碳原子組成的管狀納米材料。管壁含有多層碳原子被稱為多壁碳納米管（MWNT），含有單層碳原子被稱為單壁碳納米管（SWNT）。碳納米管自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能為研究者所關(guān)注。在新型導(dǎo)電/高強(qiáng)符合材料、電子器件、催化劑載體材料等方面具有潛在的應(yīng)用前景。碳納米管的制備工藝主要有：電弧放電法、激光刻蝕法、化學(xué)氣相沉積法、固相熱解法、火焰合成法、輝光放電法和聚合反應(yīng)合成法等。其中，化學(xué)氣相沉積法(CVD)的應(yīng)用最為廣泛，該方法是讓氣態(tài)烷烴通過(guò)附著有催化劑顆粒的模板，在600～1200℃的條件下，氣態(tài)烴分解生成碳納米管。這種方法的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是殘余反應(yīng)物為氣體，可以離開反應(yīng)體系，得到純度較高的碳納米管，同時(shí)溫度亦不需要很高，相對(duì)而言節(jié)省了能量。然而，CVD方法需使用過(guò)渡金屬催化劑，如Fe、Co、Ni及其合金等作為催化劑。這導(dǎo)致所制備的碳納米管中往往含有較高含量的金屬雜質(zhì)，金屬雜質(zhì)的存在會(huì)直接影響碳納米管的性能及應(yīng)用。從碳納米管中去除金屬雜質(zhì)的工藝稱為純化。碳納米管在純化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸霧和廢酸。目前，酸霧和廢酸都沒(méi)有經(jīng)過(guò)回收利用，不僅造成環(huán)境污染問(wèn)題，而且也增加了生產(chǎn)成本。技術(shù)人經(jīng)過(guò)檢索發(fā)現(xiàn)：申請(qǐng)?zhí)枮?01510466039.7，技術(shù)名稱為碳納米管提純方法，該專利公開一種碳納米管提純方法，所述碳納米管提純方法主要包括以下步驟：a、在固定床或流化床設(shè)備制備碳納米管過(guò)程中或制備完成后，通入還原氣體和/或惰性氣體，具體為氫氣和/或二氧化碳，反應(yīng)的溫度為100℃-800℃之間，反應(yīng)時(shí)間為3-60分鐘，氣體流速為0.06m3/h-1000m3/h之間；b、停止通入還原氣體，在惰性氣體的保護(hù)下降至室溫，惰性氣體為氮?dú)夂?或氬氣，即得到純度為99.5%以上的碳納米管。本技術(shù)碳納米管提純方法能夠在不傷害碳管的前提下把雜質(zhì)去除，具有工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，提純效率高且成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化大批量的碳納米管提純。但是該專利中，通入惰性氣體后，并不能充分將固定床或流化床設(shè)備中的氧化性氣體全部排除出去，其實(shí)，很難做到碳納米管能在還原氣體和/或惰性氣體中冷卻而不被自然氧化，造成碳納米管的純度達(dá)不到99.5%以上。技術(shù)人經(jīng)過(guò)檢索還發(fā)現(xiàn)：申請(qǐng)?zhí)枮?01210476918.4，技術(shù)名稱為一種純化碳納米管的方法，本技術(shù)公開了一種純化碳納米管的方法，其包含下列步驟：利用索氏提取法提取碳納米管粗品中的雜質(zhì)：先用強(qiáng)氧化性酸提取，再用去離子水提取。該技術(shù)的純化碳納米管的方法用處在沸點(diǎn)溫度的強(qiáng)氧化性酸純化碳納米管，處理工藝簡(jiǎn)單、處理時(shí)間短，省去了抽濾、離心等過(guò)程而大大提高了純化碳納米管的效率；純化方法對(duì)碳納米管造成的損傷小，純化后的碳納米管耐熱性好并且具有良好的反應(yīng)性和相容性；而且酸可以回收反復(fù)利用，大大節(jié)約了資源。該專利雖然介紹了去除碳納米管粗品中的部分雜質(zhì)，但是并沒(méi)有介紹如何分離強(qiáng)氧化性酸和去離子水中的雜質(zhì)，讓其能夠重復(fù)使用，不利于工業(yè)化大量生產(chǎn)應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述存在的問(wèn)題，本技術(shù)公開了一種一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，其具體技術(shù)方案如下：一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，包括流體反應(yīng)床、換熱器、純酸儲(chǔ)罐、雜酸儲(chǔ)罐、研磨機(jī)及兩個(gè)壓濾機(jī)，所述流體反應(yīng)床用于碳納米管原料粉末和酸液進(jìn)行反應(yīng)的場(chǎng)所，所述換熱器用于冷卻流體反應(yīng)床產(chǎn)生的酸性蒸汽，所述純酸儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)換熱器冷卻得到的酸液，所述雜酸儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)壓濾機(jī)和研磨機(jī)中排出的酸液，所述壓濾機(jī)用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述研磨機(jī)用于將碳納米管粗品和與非氧化性酸溶液混合均勻，并沖洗掉碳納米管粗品中的金屬雜質(zhì)，所述流體反應(yīng)床排出的酸性蒸汽通入換熱器，所述換熱器排出的酸性冷卻液通入純酸儲(chǔ)罐，所述流體反應(yīng)床排出的碳納米管粗品通入壓濾機(jī)，所述壓濾機(jī)排出的酸性溶液通入雜酸儲(chǔ)罐，所述壓濾機(jī)排出的碳納米管粗品通入研磨機(jī)，然后通入下一個(gè)壓濾機(jī)，得到成品碳納米管。所述純酸儲(chǔ)罐中設(shè)置有氣泵，所述氣泵從純酸儲(chǔ)罐的底部向純酸儲(chǔ)罐中輸送空氣，用于將純酸儲(chǔ)罐中的酸液混合均勻。所述換熱器選用夾套式換熱器，所述夾套式換熱器包括容器和夾套，所述夾套包圍在容器的底部和四周，所述夾套與容器之間留有空隙，所述夾套的上端設(shè)置有蒸汽進(jìn)口，所述夾套的下端設(shè)置有冷卻液出口，所述容器的頂端設(shè)置有出液口，所述容器的底端設(shè)置有進(jìn)液口，來(lái)自流體反應(yīng)床的酸性氣體從蒸汽進(jìn)口進(jìn)入到夾套中，通過(guò)夾套的冷卻作用形成冷卻液，并從冷卻液出口排出，通入到酸儲(chǔ)罐中，所述容器中注入用于冷卻夾套中氣體的溶液，所述容器中的溶液從容器的底部進(jìn)液口進(jìn)入，從容器頂部的出液口排出。所述容器中設(shè)置有攪拌裝置，所述攪拌裝置包括中心驅(qū)動(dòng)軸，所述中心驅(qū)動(dòng)軸貫穿過(guò)夾套伸入到容器中，并從容器的頂部伸出，所述中心驅(qū)動(dòng)軸四周設(shè)置有螺旋攪拌葉，所述螺旋攪拌葉從容器的底部螺旋到容器的頂部，所述螺旋攪拌葉開設(shè)有若干個(gè)通孔，所述通孔水平分布在螺旋攪拌葉上。所述螺旋攪拌葉縱向分成若干段，相鄰段的螺旋攪拌葉之間留有空隙。所述換熱器填埋于地下，所述蒸汽進(jìn)口與地面齊平，所述中心驅(qū)動(dòng)軸的頂端通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置連接電機(jī)。所述進(jìn)液口和冷卻液出口位于中心驅(qū)動(dòng)軸的底端周圍，所述出液口位于中心驅(qū)動(dòng)軸的頂端旁邊。本技術(shù)的工作原理是：本技術(shù)，碳納米管原料粉末和酸液在流體反應(yīng)床上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳納米管，該反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸霧，直接排放到空氣中，不僅污染環(huán)境，同時(shí)浪費(fèi)化工原料，將酸霧通入到換熱器中，將酸霧冷卻成酸液，再將該酸液通入到純酸儲(chǔ)罐中，調(diào)整酸儲(chǔ)罐中的酸液的PH，即可再次使用。流體反應(yīng)床上生成的碳納米管粗品輸入到壓濾機(jī)，壓濾機(jī)擠出的酸液輸送到雜酸儲(chǔ)罐，待工業(yè)提取其中的金屬離子，再次使用，同時(shí)，也分離出較純凈的酸，待工業(yè)使用。經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)處理得到濾餅，然后將該濾餅放到研磨機(jī)中，加入非氧化性酸，將碳納米管粗品表面的金屬雜質(zhì)沖洗掉，該酸液也通入到酸儲(chǔ)罐中，待再次工業(yè)使用。本技術(shù)的有益效果是：1.本技術(shù)，從流體反應(yīng)床上得到的酸性蒸汽，其中的酸純度高，通過(guò)換熱器冷卻后，通入純酸儲(chǔ)罐中，可以直接被調(diào)整PH值后使用，而流體反應(yīng)床上碳納米管粗品溶液中的酸中含有金屬催化劑等雜質(zhì)，直接通過(guò)壓濾機(jī)擠出的液體為含有金屬雜質(zhì)的酸液，通入雜酸儲(chǔ)罐，待分離金屬離子和酸液；2.本技術(shù)，換熱器中設(shè)置有攪拌裝置，攪拌裝置將容器中的液體攪拌流動(dòng)，與容器壁接觸的液體在不斷地流動(dòng)狀態(tài)，增加夾套中的氣體與容器中的液體的熱交換效率，提高換熱效率，也提高熱能被吸收利用率；3.本技術(shù)，螺旋攪拌葉旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，液體被螺旋攪拌葉攪動(dòng)旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)朝容器壁流動(dòng)，液體穿過(guò)通孔，形成湍流，讓液體在流動(dòng)過(guò)程中充分熱交換；4.本技術(shù)，酸儲(chǔ)罐中設(shè)置有氣泵，氣泵從酸儲(chǔ)罐的底部向酸儲(chǔ)罐中輸送空氣，能將酸儲(chǔ)罐中的酸液混合均勻，有利于準(zhǔn)確調(diào)整酸液的PH；5.本技術(shù)，換熱器填埋于地下，換熱器周圍的泥土對(duì)換熱器有保溫的效果，酸性氣體在夾套中，熱能充分被容器中的液體吸收，充分提高酸性氣體中的熱能利用率，避免工業(yè)熱能浪費(fèi)。附圖說(shuō)明圖1是本技術(shù)的連接關(guān)系示意圖，圖2是本技術(shù)的夾套式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖標(biāo)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，其特征是包括流體反應(yīng)床、換熱器、純酸儲(chǔ)罐、雜酸儲(chǔ)罐、研磨機(jī)及兩個(gè)壓濾機(jī)，所述流體反應(yīng)床用于碳納米管原料粉末和酸液進(jìn)行反應(yīng)的場(chǎng)所，所述換熱器用于冷卻流體反應(yīng)床產(chǎn)生的酸性蒸汽，所述純酸儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)換熱器冷卻得到的酸液，所述雜酸儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)壓濾機(jī)和研磨機(jī)中排出的酸液，所述壓濾機(jī)用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述研磨機(jī)用于將碳納米管粗品和與非氧化性酸溶液混合均勻，并沖洗掉碳納米管粗品中的金屬雜質(zhì)，所述流體反應(yīng)床排出的酸性蒸汽通入換熱器，所述換熱器排出的酸性冷卻液通入純酸儲(chǔ)罐，所述流體反應(yīng)床排出的碳納米管粗品通入壓濾機(jī)，所述壓濾機(jī)排出的酸性溶液通入雜酸儲(chǔ)罐，所述壓濾機(jī)排出的碳納米管粗品通入研磨機(jī)，然后通入下一個(gè)壓濾機(jī)，得到成品碳納米管。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，其特征是包括流體反應(yīng)床、換熱器、純酸儲(chǔ)罐、雜酸儲(chǔ)罐、研磨機(jī)及兩個(gè)壓濾機(jī)，所述流體反應(yīng)床用于碳納米管原料粉末和酸液進(jìn)行反應(yīng)的場(chǎng)所，所述換熱器用于冷卻流體反應(yīng)床產(chǎn)生的酸性蒸汽，所述純酸儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)換熱器冷卻得到的酸液，所述雜酸儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)壓濾機(jī)和研磨機(jī)中排出的酸液，所述壓濾機(jī)用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述研磨機(jī)用于將碳納米管粗品和與非氧化性酸溶液混合均勻，并沖洗掉碳納米管粗品中的金屬雜質(zhì)，所述流體反應(yīng)床排出的酸性蒸汽通入換熱器，所述換熱器排出的酸性冷卻液通入純酸儲(chǔ)罐，所述流體反應(yīng)床排出的碳納米管粗品通入壓濾機(jī)，所述壓濾機(jī)排出的酸性溶液通入雜酸儲(chǔ)罐，所述壓濾機(jī)排出的碳納米管粗品通入研磨機(jī)，然后通入下一個(gè)壓濾機(jī)，得到成品碳納米管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，其特征是所述純酸儲(chǔ)罐中設(shè)置有氣泵，所述氣泵從純酸儲(chǔ)罐的底部向純酸儲(chǔ)罐中輸送空氣，用于將純酸儲(chǔ)罐中的酸液混合均勻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回收酸的碳納米管提純系統(tǒng)，其特征是所述換熱器選用夾套式換熱器，所述夾套式換熱器包括容器和夾套，所述夾套包圍在容器的底部和四周，所述夾套與容器之間留有空隙，所述夾套的上端設(shè)置有蒸汽進(jìn)口...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈宇棟，萬(wàn)仁濤，顧靈鋒，李昌花，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：無(wú)錫東恒新能源科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：江蘇;32