[发明专利]生产石墨烯或碳纳米管的反应装置及方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种反应装置及方法，尤其有关于一种化工设备技术领域中用于生产石墨烯或碳纳米管的反应装置及方法。

背景技术

碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料是最近十年来碳材料领域的研究热点，因为其具有良好的导电性、物理化学稳定性和较高的机械强度，它们在导电添加剂、催化和复合增强增韧材料等方面具有良好的应用前景。

碳纳米材料得到广泛应用的前提是低成本批量技术的发展和成熟，目前在碳纳米管生产方面多采用气相化学沉积法，现有技术中提出的采用流化床生产碳纳米管的流程和反应器，并不能实现完全连续的生产过程，催化剂的加入或者最终产品的移除是分批进行的。而气相化学沉积法制备石墨烯的过程还未实现工业化实施，尚未有高效、可连续生产的装置和工艺流程的报道。

因此，有必要提供一种新的反应装置及方法，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产石墨烯或碳纳米管的反应装置，其能够实现催化剂的不断加入和固相产品的不断采出，能够不间断进行生产，大大提高了生产流程效率。

本发明的另一目的是提供一种生产石墨烯或碳纳米管的方法，采用该方法能够实现催化剂的不断加入和固相产品的不断采出，能够不间断进行生产，大大提高了生产流程效率。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种生产石墨烯或碳纳米管的反应装置，所述生产石墨烯或碳纳米管的反应装置包括：

扩大段，其上端连接有催化剂进料装置；

反应段，其连接在所述扩大段的下端，所述反应段内可轴向移动地穿设有气体分布板，所述气体分布板上开设有多个通气孔，所述反应段的外部围设有电炉，所述反应段的下端连接有第一进气管；

多个料仓，其通过入口管与所述反应段相连，所述入口管上设有阀门，所述料仓上开设有保护气入口。

在优选的实施方式中，所述料仓为两个，两个所述料仓的入口管分别连接在所述反应段的第一位置与第二位置，所述第一位置位于所述第二位置的上方。

在优选的实施方式中，所述反应段包括第一反应段和第二反应段，所述第一反应段连接在所述第二反应段的上端，所述第一反应段的直径大于所述第二反应段的直径。

在优选的实施方式中，所述扩大段上连接有第二进气管，所述第二进气管伸入所述反应段的第一反应段的底部，所述气体分布板可轴向移动地穿设在所述反应段的第二反应段内。

本发明还提供一种生产石墨烯或碳纳米管的方法，所述生产石墨烯或碳纳米管的方法采用上述生产石墨烯或碳纳米管的反应装置，所述生产石墨烯或碳纳米管的方法包括如下步骤：

a）提供催化剂，将所述催化剂放入催化剂进料装置内；

b）自连接在反应段下端的第一进气管注入氩气或氮气，所述氩气或氮气经所述反应段内的气体分布板上开设的多个通气孔注入所述反应段内，同时，开启围设在所述反应段外部的电炉；

c）待电炉对所述反应段加热完毕后，将所述催化剂进料装置内的催化剂通过与所述催化剂进料装置相连的扩大段注入连接在所述扩大段下端的所述反应段内，此时，向所述反应段内注入烃类碳源气体，所述催化剂、所述氩气或氮气、以及所述烃类碳源气体在所述反应段内经化学气相沉积制备得到固相产品；

d）将所述固相产品排入连接在所述反应段下部的多个料仓中。

在优选的实施方式中，在所述步骤d）之后还包括步骤e）：对所述多个料仓中的固相产品进行纯化处理。

在优选的实施方式中，所述料仓为两个，两个所述料仓的入口管分别连接在所述反应段的第一位置与第二位置，所述第一位置位于所述第二位置的上方。

在优选的实施方式中，在所述步骤c）中，所述反应段内的气体分布板位于所述反应段的第一位置上方。

在优选的实施方式中，在所述步骤d）中，将所述反应段内的气体分布板分别移动至所述第二位置的下方，或移动至所述第一位置与所述第二位置之间，所述固相产品分别排入相对应的所述料仓中。

在优选的实施方式中，所述反应段内注入的氩气或氮气的气速为0.01～10m/s。

本发明的生产石墨烯或碳纳米管的反应装置及方法的特点及优点是：

一、本发明的生产石墨烯或碳纳米管的反应装置及方法，在整个生产过程中，反应装置的催化剂进料装置能够不断地向反应段内进料，另外，连接在反应段下部的料仓，可使反应段内制备得到的固相产品不断地被采出，本发明能够不间断进行生产，大大提高了生产流程效率。