[发明专利]用于制备碳纳米管纤维的装置以及使用其制备碳纳米管纤维的方法

权利要求书

1.一种用于制备碳纳米管纤维的装置，其包括：具有反应区的垂直反应器；布置在所述反应区的顶部并由内管和外管构成的同心套管入口管，其中，包含纺丝溶液和第一气体的纺丝给料通过所述内管被引入所述反应区中，所述外管限定了包围所述内管的同心环形部分并且第二气体通过所述外管被引入所述反应区中；用于加热所述反应区的加热器；以及布置在所述反应区的底部下面的排出单元以通过其排出碳纳米管纤维，其中，通过所述入口管的内管进入反应区的纺丝给料在从反应区的顶部流向底部的同时被碳化并被石墨化从而形成由碳纳米管的连续集合体构成的碳纳米管纤维，并且其中，通过所述入口管的外管进入反应区的第二气体在从反应区的顶部流向底部的同时形成包围碳纳米管的连续集合体的外周的气帘，

其中，将所述外管与所述反应区连通的环形开口与所述内管隔开，并且

其中，所述环形开口通过位于所述内管和所述外管之间的环形热绝缘体与将所述内管与所述反应区连通的开口分离，并且

其中，所述第一气体和所述第二气体不能从所述环形热绝缘体中流过。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，从所述入口管的外管进入的第二气体沿着反应器的内壁形成气帘使得物理上防止在反应区中形成的碳纳米管的连续集合体或碳纳米管纤维接近反应器的内壁。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，从气体入口管进入的第二气体在沿着反应器的内壁流动的同时形成气帘从而物理除去附着到反应器内壁的催化剂。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，通过改变所述内管和所述环形开口之间的距离来控制所述气帘和所述碳纳米管的连续集合体的直径。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述反应区由预热区以及加热区构成并且引入反应区的纺丝给料顺序通过所述预热区和所述加热区。

6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括将所述纺丝溶液供应到所述入口管的内管的纺丝溶液供应单元、将所述第一气体供应到所述入口管的内管的第一气体供应单元以及将所述第二气体供应到所述入口管的外管的第二气体供应单元。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，在将所述入口管的内管与所述反应区连通的开口处布置喷雾器，并且通过所述喷雾器将进入所述内管的纺丝给料供应到反应区中。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，以在所述反应区中形成层流这样的线性速度供应所述第一气体或所述第二气体。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，第一气体供应单元具有以形成层流这样的线性速度供应所述第一气体的流量控制器，并且第二气体供应单元具有以形成层流这样的线性速度供应所述第二气体的流量控制器。

10.根据权利要求6所述的装置，其中，纺丝溶液供应单元包括将催化剂或催化剂前体分散在液体碳化合物中以制备所述纺丝溶液的混合单元，以及用于将所述纺丝溶液从所述混合单元供应到所述入口管的内管的输送泵。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一气体以及所述第二气体各自是惰性气体、还原性气体或它们的混合气体。

12.根据权利要求1所述的装置，进一步包括循环线路，通过该循环线路，从反应器释放的所述第一气体和所述第二气体各自再进入所述反应器以便重新利用。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纺丝溶液是催化剂或催化剂前体在液体碳化合物中的分散液。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述排出单元包括用于卷绕并收集从反应器的底部排出的碳纳米管纤维的卷绕器。