本發(fā)明涉及沉淀金屬離子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(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(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)過程中會(huì)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(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(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。

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(qiáng)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(diǎn)溫度的強(qiáng)氧化性酸純化碳納米管，處理工藝簡單、處理時(shí)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(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)要素：

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種沉淀金屬離子的碳納米管純化系統(tǒng)，其具體技術(shù)方案如下：

沉淀金屬離子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(chǔ)罐、攪拌釜、金屬離子沉淀池及兩個(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(chǔ)罐用于存儲(chǔ)夾套式換熱器冷卻得到的酸液和壓濾機(jī)及金屬離子沉淀池中排出的酸液，所述壓濾機(jī)用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述攪拌釜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)，所述金屬離子沉淀池用于將溶液中的金屬離子沉淀下來，

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(chǔ)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(jī)壓濾處理后排出的酸性溶液通入酸儲(chǔ)罐，所述壓濾機(jī)排出的碳納米管粗品溶液通入攪拌釜，然后通入下一個(gè)壓濾機(jī)，得到成品碳納米管，所述攪拌釜中排出的溶液通入金屬離子沉淀池，金屬離子沉淀池排出的酸液通入酸儲(chǔ)罐。

所述夾套式換熱器包括容器、內(nèi)膽和夾套，所述內(nèi)膽懸置于容器中，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。

所述所述夾套的上端設(shè)置有蒸汽進(jìn)口，所述蒸汽進(jìn)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(jìn)液口，所述內(nèi)膽的底部設(shè)置有延伸到夾套外面的液體輸入口，所述內(nèi)膽的頂部設(shè)置有延伸到夾套外面的液體輸出口，

來自流體反應(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，所述容器和內(nèi)膽中分別注入用于冷卻夾套中氣體的工業(yè)溶液。

所述容器內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)傳熱片，所述傳熱片連接內(nèi)膽和容器。

所述夾套式換熱器的表面包覆有保溫層。

所述酸儲(chǔ)罐中設(shè)置有氣泵，所述氣泵從酸儲(chǔ)罐的底部向酸儲(chǔ)罐中輸送空氣，用于將酸儲(chǔ)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(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，將酸霧通入到夾套式換熱器中，將酸霧冷卻成酸液，再將該酸液通入到酸儲(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溶液輸入到壓濾機(jī)，壓濾機(jī)擠出的酸液輸送到酸儲(chǔ)罐。經(jīng)過壓濾機(jī)處理得到濾餅，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，攪拌釜中排放出來的含有金屬離子的酸液通入到金屬離子沉淀池中，將其中的金屬離子沉淀下來，然后將酸液排放到酸儲(chǔ)罐中，待再次工業(yè)使用。

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(chǔ)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(jī)和攪拌釜后也被回收利用；

2.本發(fā)明，夾套式換熱器中的容器內(nèi)部設(shè)置有內(nèi)膽，內(nèi)膽與容器內(nèi)壁之間用傳熱片連接，容器上的熱能通過傳熱片快速傳遞到內(nèi)膽上，增加容器的換熱效率，同時(shí)，能夠在容器和內(nèi)膽中加入兩種不同的工業(yè)溶液，兩種工業(yè)溶液對溫度的要求不同，讓兩種溶液通過對應(yīng)的容器和內(nèi)膽，升溫至對應(yīng)的溫度，提高熱能利用率；

3.本發(fā)明，碳納米管粗品溶液的金屬離子通過在攪拌釜中加入非氧化性酸分離，提純碳納米管，得到純度較高的碳納米管，同時(shí)，從攪拌釜中排出的酸液通入到金屬離子沉淀池，將其中的金屬離子沉淀后，再將酸液排放到酸儲(chǔ)罐中，待再次使用；

4.本發(fā)明，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(fèi)。

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—液體輸出口，3—容器，4—蒸汽進(jìn)口，5—夾套，6—傳熱片，7—內(nèi)膽，8—液體輸入口，9—進(jìn)液口，10—冷卻液出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解下述具體實(shí)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，本沉淀金屬離子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(chǔ)罐、攪拌釜、金屬離子沉淀池及兩個(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(chǔ)罐用于存儲(chǔ)夾套式換熱器冷卻得到的酸液和壓濾機(jī)及金屬離子沉淀池中排出的酸液，所述壓濾機(jī)用于擠壓碳納米管粗品中的液體，所述攪拌釜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)，所述金屬離子沉淀池用于將溶液中的金屬離子沉淀下來。

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(chǔ)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(jī)壓濾處理后排出的酸性溶液通入酸儲(chǔ)罐，所述壓濾機(jī)排出的碳納米管粗品溶液通入攪拌釜，然后通入下一個(gè)壓濾機(jī)，得到成品碳納米管，所述攪拌釜中排出的溶液通入金屬離子沉淀池，金屬離子沉淀池排出的酸液通入酸儲(chǔ)罐。本發(fā)明，利用夾套5換熱器冷卻酸性蒸汽，回收熱能和酸液，利用金屬離子沉淀池沉淀從攪拌釜中的酸液中的金屬離子。

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3、內(nèi)膽7和夾套5，所述內(nèi)膽7懸置于容器3中，所述夾套5包圍在容器3的底部和四周，所述夾套5與容器3之間留有空隙。根據(jù)工業(yè)溶液對溫度的需求，將兩種不同溫度需求的溶液分別通入內(nèi)膽7和容器3中，將其加熱到需求的溫度。

所述所述夾套5的上端設(shè)置有蒸汽進(jìn)口4，所述蒸汽進(jìn)口4與夾套5相切，所述夾套5的下端設(shè)置有冷卻液出口10，所述容器3的頂端設(shè)置有出液口1，所述容器3的底端設(shè)置有進(jìn)液口9，所述內(nèi)膽7的底部設(shè)置有延伸到夾套5外面的液體輸入口8，所述內(nèi)膽7的頂部設(shè)置有延伸到夾套5外面的液體輸出口2。

來自流體反應(yīng)床的酸性氣體從蒸汽進(jìn)口4進(jìn)入到夾套5中，通過夾套5的冷卻作用形成冷卻液，并從冷卻液出口10排出，通入到酸儲(chǔ)罐中，所述容器3和內(nèi)膽7中分別注入用于冷卻夾套5中氣體的工業(yè)溶液。

所述容器3內(nèi)設(shè)置有若干個(gè)傳熱片6，所述傳熱片6連接內(nèi)膽7和容器3。傳熱片6能夠?qū)⑷萜?上的熱能傳遞到內(nèi)膽7上，增加傳熱速度。

所述夾套式換熱器的表面包覆有保溫層。夾套5中的酸性蒸汽中的熱能充分被容器3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)。

所述酸儲(chǔ)罐中設(shè)置有氣泵，所述氣泵從酸儲(chǔ)罐的底部向酸儲(chǔ)罐中輸送空氣，用于將酸儲(chǔ)罐中的酸液混合均勻。在空氣流的作用下，空氣流對酸儲(chǔ)罐中的酸液有鼓動(dòng)作用，酸液處于不斷的湍動(dòng)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(shí)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(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)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。