本發(fā)明涉及回用熱能的碳納米管純化系統(tǒng)，屬于碳納米管生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

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，一直以其獨特的結(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。這種方法的一個突出優(yōu)點是殘余反應(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，同時溫度亦不需要很高，相對而言節(jié)省了能量。然而，CVD方法需使用過渡金屬催化劑， 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)過程中會產(chǎn)生酸霧和廢酸。目前，酸霧和廢酸都沒有經(jīng)過回收利用，不僅造成環(huán)境污染問題，而且也增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明人經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)：申請?zhí)枮?01510466039.7，發(fā)明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，在惰性氣體的保護下降至室溫，惰性氣體為氮氣和/或氬氣，即得到純度為99.5%以上的碳納米管。本發(fā)明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，具有工藝簡單，操作簡單，提純效率高且成本較低等優(yōu)點，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，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。

發(fā)明人經(jīng)過檢索還發(fā)現(xiàn)：申請?zhí)枮?01210476918.4，發(fā)明名稱為一種純化碳納米管的方法，本發(fā)明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)：先用強氧化性酸提取，再用去離子水提取。該發(fā)明的純化碳納米管的方法用處在沸點溫度的強氧化性酸純化碳納米管，處理工藝簡單、處理時間短，省去了抽濾、離心等過程而大大提高了純化碳納米管的效率；純化方法對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)，但是并沒有介紹如何分離強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)實現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種回用熱能的碳納米管純化系統(tǒng)，其具體技術(shù)方案如下：

回用熱能的碳納米管純化系統(tǒng)，包括流體反應(yīng)床、夾套式換熱器、酸儲罐、壓濾機、攪拌釜、研磨機和烘干機，所述流體反應(yīng)床用于碳納米管原料粉末和酸液進行反應(yīng)的場所，所述夾套式換熱器用于冷卻流體反應(yīng)床產(chǎn)生的酸性蒸汽，所述酸儲罐用于存儲夾套式換熱器冷卻得到的酸液，所述壓濾機用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述攪拌釜和研磨機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離子雜質(zhì)，所述烘干機用于將碳納米管烘干，

所述流體反應(yīng)床排出的酸性蒸汽通入夾套式換熱器，所述夾套式換熱器排出的酸性冷卻液通入酸儲罐，所述流體反應(yīng)床排出的碳納米管粗品溶液經(jīng)過壓濾機壓濾處理后輸送到攪拌釜，經(jīng)攪拌釜處理后的碳納米管粗品溶液輸送到研磨機，最后經(jīng)過烘干機干燥處理得到成品碳納米管。

所述夾套式換熱器分別與流體反應(yīng)床和攪拌釜通過管道連通，所述酸儲罐與反應(yīng)床通過管道連通。

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，所述空隙內(nèi)設(shè)置有螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道，所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道與夾套固定。

所述夾套的上端設(shè)置有蒸汽進口，所述蒸汽進口與夾套相切，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)置有進液口，

來自流體反應(yīng)床的酸性蒸汽從蒸汽進口進入到夾套中，通過夾套的冷卻作用形成冷卻液，并從冷卻液出口排出，通入到酸儲罐中，所述容器中流動通入用于冷卻夾套中酸性蒸汽的工業(yè)溶液。

所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道從蒸汽進口螺旋到冷卻液出口，所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道的高度大于夾套與容器之間的空隙的1/2，所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道的從頂端到底端的厚度一致。

所述夾套式換熱器的表面包覆有保溫層。

所述酸儲罐中設(shè)置有氣泵，所述氣泵從酸儲罐的底部向酸儲罐中輸送空氣，用于將酸儲罐中的酸液混合均勻。

本發(fā)明的工作原理是：

本發(fā)明，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)過程中會產(chǎn)生酸霧，直接排放到空氣中，不僅污染環(huán)境，同時浪費化工原料，將酸霧通入到夾套式換熱器中，將酸霧冷卻成酸液，再將該酸液通入到第一酸儲罐中，調(diào)整第一酸儲罐中的酸液的PH，即可再次使用。

流體反應(yīng)床上生成的碳納米管粗品溶液輸入到壓濾機，得到濾餅，然后將該濾餅放到攪拌釜中，加入非氧化性酸，將碳納米管粗品表面的金屬離子雜質(zhì)沖洗掉，攪拌釜中得到的碳納米管粗品輸送到研磨機，研磨機中得到的碳納米管進過烘干機干燥后，即可得到成品碳納米管。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明，從流體反應(yīng)床上得到的酸性蒸汽，通過夾套換熱器冷卻后，通入酸儲罐中，可以直接被調(diào)整PH值后使用，碳納米管粗品溶液總酸溶液經(jīng)過壓濾機和攪拌釜后也被回收利用；

2.本發(fā)明，夾套式換熱器中的夾套中設(shè)置有螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道，螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道對夾套中的酸性蒸汽具有導(dǎo)流作用，延長蒸汽在夾套中的停留時間，酸性蒸汽與容器中的液體充分進行熱交換，提高熱交換效率，提高熱能利用率；

3.本發(fā)明，酸儲罐中的酸液通過管道輸送到流體反應(yīng)床，換熱器中的容器中的被加熱后的水通過管道輸送到流體反應(yīng)床和攪拌釜，供其使用；

4.本發(fā)明，酸儲罐中設(shè)置有氣泵，氣泵從酸儲罐的底部向酸儲罐中輸送空氣，能將酸儲罐中的酸液混合均勻，有利于準(zhǔn)確調(diào)整酸液的PH；

5.本發(fā)明，夾套式換熱器的表面包覆有保溫層，夾套中的酸性蒸汽中的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。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的連接關(guān)系示意圖，

圖2是本發(fā)明的夾套式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，

附圖標(biāo)記列表：1—出液口，2—容器，3—蒸汽進口，4—夾套，5—螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道，6—進液口，7—冷卻液出口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

圖1是本發(fā)明的連接關(guān)系示意圖，結(jié)合附圖可見，本回用熱能的碳納米管純化系統(tǒng)，包括流體反應(yīng)床、夾套式換熱器、酸儲罐、壓濾機、攪拌釜、研磨機和烘干機，所述流體反應(yīng)床用于碳納米管原料粉末和酸液進行反應(yīng)的場所，所述夾套式換熱器用于冷卻流體反應(yīng)床產(chǎn)生的酸性蒸汽，所述酸儲罐用于存儲夾套式換熱器冷卻得到的酸液，所述壓濾機用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述攪拌釜和研磨機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離子雜質(zhì)，所述烘干機用于將碳納米管烘干。

所述流體反應(yīng)床排出的酸性蒸汽通入夾套式換熱器，所述夾套式換熱器排出的酸性冷卻液通入酸儲罐，所述流體反應(yīng)床排出的碳納米管粗品溶液經(jīng)過壓濾機壓濾處理后輸送到攪拌釜，經(jīng)攪拌釜處理后的碳納米管粗品溶液輸送到研磨機，最后經(jīng)過烘干機干燥處理得到成品碳納米管。

所述換熱器分別與流體反應(yīng)床和攪拌釜管道連通，所述酸儲罐與流體反應(yīng)床管道連通。酸儲罐中的酸液通過管道輸送到流體反應(yīng)床，供其使用，換熱器中被加熱后的水銅鼓管道輸送到流體反應(yīng)床和攪拌釜，供其使用。

圖2是本發(fā)明的夾套式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合附圖可見，所述夾套式換熱器包括容器2和夾套4，所述夾套4包圍在容器2的底部和四周，所述夾套4與容器2之間留有空隙，所述空隙內(nèi)設(shè)置有螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5，所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5與夾套4固定。螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5對于夾套4中的酸性蒸汽具有一定的緩沖作用，避免蒸汽垂直下降，沒有與容器2充分熱交換，同時，螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5對酸性蒸汽具有導(dǎo)向作用，延長酸性蒸汽與容器2的接觸時間，增大接觸面積，提高熱交換的徹底性。

所述夾套4的上端設(shè)置有蒸汽進口3，所述蒸汽進口3與夾套4相切，所述夾套4的下端設(shè)置有冷卻液出口7，所述容器2的頂端設(shè)置有出液口1，所述容器2的底端設(shè)置有進液口6。

來自流體反應(yīng)床的酸性蒸汽從蒸汽進口3進入到夾套4中，通過夾套4的冷卻作用形成冷卻液，并從冷卻液出口7排出，通入到酸儲罐中，所述容器2中流動通入用于冷卻夾套4中酸性蒸汽的工業(yè)溶液。

所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5從蒸汽進口3螺旋到冷卻液出口7，所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5的高度大于夾套4與容器2之間的空隙的1/2，所述螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5的從頂端到底端的厚度一致。酸性蒸汽能順利進入到螺旋導(dǎo)風(fēng)軌道5中。

所述夾套式換熱器的表面包覆有保溫層。夾套4中的酸性蒸汽中的熱能充分被容器2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。

所述酸儲罐中設(shè)置有氣泵，所述氣泵從酸儲罐的底部向酸儲罐中輸送空氣，用于將酸儲罐中的酸液混合均勻。在空氣流的作用下，空氣流對酸儲罐中的酸液有鼓動作用，酸液處于不斷的湍動狀態(tài)，便于調(diào)整得到精確的PH值。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。