【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種催化單壁納米管生成的反應裝置，屬于納米管。
技術介紹
1、單壁碳納米管（swcnt）是單層石墨烯的卷狀結構，具有優異的力學、電學等性質，在納米電子學、電化學儲能材料、催化、儲氫等領域具有廣泛的應用場景。單壁碳納米管的制備方法主要有激光燒蝕法、電弧放電法、化學氣相沉積法等。激光燒蝕法制備的碳納米管質量好，但產量較低、所需的設備昂貴。電弧放電法反應溫度高，制備的碳納米管中石墨化碳、碳包裹的鐵顆粒較多，且很難去除。化學氣相沉積法在800-1200℃下，氣態烴吸附在催化劑顆粒上分解生成碳納米管，該方法條件可控，且得到的碳納米管純度很高，易運用于工業放大生產單壁碳納米管；二茂鐵作為一種鐵催化劑的前驅體，化學制備穩定，能溶于乙醇、苯、甲苯等有機溶劑，在利用浮動化學氣相沉積法制備單壁碳納米管方面受到廣泛應用。二茂鐵在650℃時開始分解，且生成的鐵粒子在高溫區會汽化，隨著溫度的降低，鐵蒸汽又會重新成核形成鐵顆粒。
2、然而，現有技術不能夠很好地運用二茂鐵隨溫度變化在氣態、液態和固態之間轉化的性質，通過該性質來催化單壁納米管的生長，并制備單壁納米管，從而導致單邊納米管在制備過程中的制備效率較低。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種催化單壁納米管生成的反應裝置。
2、為實現前述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案包括：
3、本專利技術實施例提供了一種催化單壁納米管生成的反應裝置，包括：
4、反應容器，所
5、進一步的，所述冷卻介質通道包括第一水冷管，所述第一水冷管內部開設有第一通道，所述催化劑輸入通道與所述第一通道分別和所述反應空間相貫通，所述催化劑輸入通道用于將催化劑前驅體輸入至所述反應空間中，所述第一水冷管至少用于通過所述第一通道將惰性氣體輸入至所述反應空間中。
6、進一步的，所述第一水冷管的側壁上開設有若干氣孔，所述氣孔的兩端分別與所述第一通道和所述反應空間相貫通。
7、進一步的，所述反應容器上還設有第二水冷管，所述第二水冷管內部開設有第二通道，所述第二通道和所述反應空間相貫通，所述第二水冷管至少用于通過所述第二通道將氣態碳源輸入至所述反應空間中。
8、進一步的，所述第一水冷管和所述第二水冷管均開設有水冷通道，所述水冷通道分別布設于所述第一通道和第二通道的外側。
9、進一步的，所述第一水冷管和所述第二水冷管為金屬材質。
10、進一步的，所述第二水冷管出口處的氣體流向偏向所述反應空間的中心。
11、進一步的，所述第二水冷管管壁靠近所述反應容器側壁的軸向長度大于所述第二水冷管管壁遠離所述反應容器內壁的軸向長度。
12、進一步的，定義所述第一通道位于所述反應空間中的末端為第一位置，定義所述第二通道位于所述反應空間中的末端為第二位置，所述第一位置和所述第二位置用于保證所述催化劑前驅體輸入至所述反應空間內先形催化劑顆粒，后與所述氣態碳源接觸。
13、進一步的，所述第二位置位于所述第一位置的下游，所述第一位置和所述第二位置之間相隔10-30cm。
14、本專利技術實施例還提供了一種制備單壁碳納米管的裝置，具有所述的催化單壁納米管生成的反應裝置，還包括：
15、催化劑注入模塊，所述催化劑注入模塊至少用于向所述催化劑輸入通道供應催化劑前驅體及承載催化劑前驅體的載氣。
16、進一步的，所述催化劑注入模塊包括：催化劑前驅體進料裝置，所述催化劑前驅體進料裝置用于提供催化劑前驅體；
17、液體進料裝置，所述液體進料裝置用于提供之催化劑和刻蝕劑；
18、蒸發裝置，所述蒸發裝置分別與所述催化劑前驅體進料裝置和所述液體進料裝置相連接，所述蒸發裝置用于將催化劑前驅體、助催化劑、刻蝕劑蒸發為氣體，所述催化劑輸入通道和所述蒸發裝置連接；
19、氣體預熱裝置，所述氣體預熱裝置和所述催化劑輸入通道相連接，所述氣體預熱裝置用于將還原性氣體和惰性氣體先后進行混合、預熱并輸入至所述催化劑輸入通道中。
20、進一步的，所述反應裝置還包括收集裝置，所述收集裝置和所述反應容器相連通，所述收集裝置用于收集所述反應容器中生成的碳納米管。
21、進一步的，所述液體進料裝置和所述蒸發裝置之間設置有超聲波噴霧裝置，所述超聲波噴霧裝置用于將助催化劑和刻蝕劑霧化。
22、進一步的，所述收集裝置和所述反應容器之間設置有球閥。
23、進一步的，所述收集裝置內部相對于所述反應空間形成負壓。
24、本專利技術實施例還提供了一種單壁碳納米管的制備方法，具有所述的制備單壁碳納米管的裝置，包括：
25、使催化劑前驅體輸入至反應空間中，催化劑前驅體形成原子汽，然后向反應空間中通入冷的惰性氣體，使得原子氣和惰性氣體反應形成催化劑顆粒，接著向反應空間中通入氣態碳源，使催化劑顆粒和氣態碳源相遇，形成碳納米管。
26、進一步的，通入前驅體催化劑的同時，通入汽態的助催化劑和刻蝕劑。
27、進一步的，采用惰性氣體載帶所述催化劑前驅體、所述助催化劑和所述刻蝕劑輸入至反應空間中。
28、進一步的，反應空間中，通入惰性氣體的位置在豎直方向上位于通入氣態碳源的位置之上，并至少用于保證催化劑前驅體輸入至所述反應空間內先形催化劑顆粒，后與所述氣態碳源接觸。
29、與現有技術相比，本專利技術的優點包括：
30、1、本專利技術通過引入部分惰性氣體來冷卻氣態的催化劑，使得催化劑由氣態向固態或液態轉化，形成催化劑顆粒，助催化劑分解產生的含硫物種可以吸附在催化劑顆粒表面，便于后續單壁納米管的生長；
31、2、本專利技術在第一水冷管在側壁開有小的氣孔，惰性氣體全部從側壁氣孔進入反應空間，從而冷卻氣態的催化劑，使其成核生長出液態或固態的催化劑顆粒；
32、3、本專利技術將第二位置設置于第一位置的下游，即能夠保證催化劑先和惰性氣體發生反應后，再和氣態碳源相接觸，避免過早引入氣態碳源造成碳源的大量無效熱分解，從而節約催化成本并提高催化效率。
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1.一種催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
3.根據權利要求2所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
4.根據權利要求3所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
5.根據權利要求3所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
6.根據權利要求3所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
7.一種制備單壁碳納米管的裝置，具有權利要求1-6中任一項所述的催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，還包括：
8.根據權利要求7所述制備單壁碳納米管的裝置，其特征在于，
9.一種單壁碳納米管的制備方法，具有權利要求8中所述的制備單壁碳納米管的裝置，其特征在于，包括：
10.根據權利要求9所述單壁碳納米管的制備方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
3.根據權利要求2所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
4.根據權利要求3所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
5.根據權利要求3所述催化單壁納米管生成的反應裝置，其特征在于，
6.根據權利要求3所述催化單壁納米...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程光浩，周維，洪輝輝，
申請(專利權)人：江西銅業技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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