碳納米管提純方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳納米管制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大批量碳納米管的提純方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1991年底日本學(xué)者Lijimat發(fā)現(xiàn)了由碳原子組成的碳納米管，由于其結(jié)構(gòu)特殊，如典型的一維納米結(jié)構(gòu)、中空的管體，它具有極高的軸向強度(約為鋼的100倍)和很高的彈性模量，長徑比大(一般為100?1000)、超高的表面原子比、高溫穩(wěn)定、減摩耐磨性好、導(dǎo)熱性良好等性質(zhì)，碳納米管表現(xiàn)出許多與其他炭質(zhì)材料完全不同的特殊性能，故應(yīng)用于新型電子器件或新型功能材料等領(lǐng)域。目前碳納米管的大量制備為研究其物理和化學(xué)特性及實際應(yīng)用提供了可能，但利用電弧法和流動催化劑法等方法制備出的碳納米管常常伴有相當(dāng)數(shù)量的雜質(zhì)，如碳納米顆粒、無定形炭、碳納米球及催化劑粒子等。這些雜質(zhì)的存在極大地阻礙了碳納米管的物性研究和實際應(yīng)用，因此對碳納米管的純化研究已得到越來越多的重視。目前純化途徑主要是利用碳納米管與無定形炭等雜質(zhì)的理、化學(xué)等方面的微小差別來達到提純的目的，提純方法主要有:化學(xué)氧化法、氣相氧化法、液相氧化法、插層氧化法等，但是這些方法只適合少量碳納米管提純，比如(見圖1):固定床設(shè)備制備碳納米管，反應(yīng)溫度為500°c，不通入還原氣體，通入氮氣保護，氣體流速為150m3/h，降到室溫，取出，得到的是低純度碳納米管。但在工業(yè)上適合大批量制備提純碳納米管的有效方法還是缺失的，因此，亟待發(fā)明一種適合大批量碳納米管的提純方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種碳納米管提純方法，其適合于大批量碳納米管的提純，解決了現(xiàn)有技術(shù)中僅為少量碳納米管提純且得到的碳納米管純度不高等問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種碳納米管提純方法，該方法包括:
a、在固定床或流化床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升至100°C _800°C，通入氣體流速為0.06m3/h-1OOOmVh的還原氣體和/或惰性氣體，反應(yīng)時間為3_60分鐘；所述還原氣體為氫氣和/或二氧化碳；所述惰性氣體為氮氣。
[0005]b、停止通入所述還原氣體，在惰性氣體的保護下降至室溫，即得到所述碳納米管；所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
[0006]進一步地，所述反應(yīng)溫度為100°C，所述還原氣體為氫氣，所述氫氣的氣體流速為100m3/h，所述反應(yīng)時間為20分鐘；所述惰性氣體為氮氣。
[0007]進一步地，所述反應(yīng)溫度升為600°C，所述還原氣體為氫氣，所述氫氣的氣體流速為500m3/h，所述反應(yīng)時間為20分鐘；所述惰性氣體為氮氣。
[0008]進一步地，所述反應(yīng)溫度為700°C，所述還原氣體和惰性氣體為氫氣和氮氣混合氣體，所述氫氣的氣體流速為80m3/h，所述氫氣和氮氣混合氣體的氣體總流速為300m3/h，所述反應(yīng)時間為60分鐘；所述惰性氣體為氮氣。
[0009]進一步地，所述反應(yīng)溫度為800°C，所述還原氣體和惰性氣體為二氧化碳和氮氣混合氣體，所述二氧化碳的氣體流速為0.06m3/h，所述二氧化碳和氮氣混合氣體的氣體總流速為500m3/h，所述反應(yīng)時間為3分鐘；所述惰性氣體為氮氣。
[0010]進一步地，所述反應(yīng)溫度為30(TC，所述還原氣體為二氧化碳?xì)怏w，所述二氧化碳的氣體流速為1000m3/h，所述反應(yīng)時間為20分鐘；所述惰性氣體為氬氣。
[0011]進一步地，所述碳納米管是單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0012]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于:本發(fā)明能夠在不傷害碳管的前提下把雜質(zhì)去除，具有工藝簡單，操作方便快捷且成本較低等優(yōu)點，適合大批量的碳納米管提純，且得到的碳納米管純度均達到99.5%以上。
【附圖說明】
[0013]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中低純度碳納米管的SEM掃描圖。
[0014]圖2是本實施例中高純度碳納米管的SEM掃描圖。
【具體實施方式】
[0015]體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施方式將在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施方式上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提出一種碳納米管提純方法，該碳納米管是單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管?，F(xiàn)將本發(fā)明碳納米管提純方法的具體實施例描述如下:
實施例一
在固定床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升至100 °C，通入氣體流速為100m3/h的氫氣，反應(yīng)時間為20分鐘。
[0017]停止通入氫氣，通入氮氣，在氮氣的保護下溫度逐漸降到室溫，即得到純度99.5%以上的碳納米管，提純過程完成，參見圖2高純度碳納米管的SEM掃描圖。
[0018]實施例二
在流化床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升為600°C，通入氣體流速為500m3/h的氫氣，反應(yīng)時間為20分鐘。
[0019]停止通入氫氣，通入氮氣，在氮氣的保護下溫度逐漸降到室溫，即得到純度99.5%以上的碳納米管，提純過程完成。
[0020]實施例三
在流化床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升為700°C，通入氫氣和氮氣混合氣體，氫氣的氣體流速為80m3/h，氫氣和氮氣混合氣體的氣體總流速為300m3/h，反應(yīng)時間為60分鐘。
[0021]停止通入氫氣，在氮氣保護下溫度逐漸降到室溫，即得到純度99.5%以上的碳納米管，提純過程完成。
[0022]實施例四
在流化床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升為800°C，通入二氧化碳和氮氣混合氣體，二氧化碳的氣體流速為0.06m3/h，二氧化碳和氮氣混合氣體的氣體總流速為500m3/h，反應(yīng)時間為3分鐘。
[0023]停止通入二氧化碳，在氮氣的保護下溫度逐漸降到室溫，即得到純度99.5%以上的碳納米管，提純過程完成。
[0024]實施例五
在流化床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升為300°C，通入氣體流速為1000m3/h的二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)時間為20分鐘。
[0025]停止通入二氧化碳，通入氬氣，在氬氣的保護下溫度逐漸降到室溫，即得到純度99.5%以上的碳納米管，提純過程完成。
[0026]上述各實施例適用于碳納米管形態(tài)為粉末狀、顆粒狀或是二者混合；同時適用于鐵、鈷、鎳等不同活性組分催化劑制備的碳納米管的提純，可以有效地去除鐵、鈷、鎳金屬雜質(zhì)。本發(fā)明實施例中的還原氣體與非碳納米管物質(zhì)(如無定形碳等雜質(zhì))反應(yīng)，不會對碳納米管造成傷害，在保證碳納米管性能的基礎(chǔ)上去除雜質(zhì)，達到高純度碳納米管。本發(fā)明碳納米管的提純方法工藝簡單，易操作，成本低，適合在工業(yè)上大批量的碳納米管提純。
[0027]此外，本發(fā)明實施例中還原氣體和惰性氣體的分析純均在99.9%以上。
[0028]雖然已參照典型實施方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施方式不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種碳納米管提純方法，其特征在于，該方法包括: a、在固定床或流化床設(shè)備制備碳納米管完成后，將反應(yīng)溫度升至100°C_800°C，通入氣體流速為0.06m3/h-1OOOmVh的還原氣體和/或惰性氣體，反應(yīng)時間為3_60分鐘；所述還原氣體為氫氣和/或二氧化碳；所述惰性氣體為氮氣； b、停止通入所述還原氣體，在惰性氣體的保護下降至室溫，即得到所述碳納米管；所述惰性氣體為氮氣或氬氣。2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管提純方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為100°C，所述還原氣體為氫氣，所述氫氣的氣體流速為100m3/h，所述反應(yīng)時間為20分鐘；所述惰性氣體為氮氣。3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管提純方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度升為60(TC，所述還原氣體為氫氣，所述氫氣的氣體流速為500m3/h，所述反應(yīng)時間為20分鐘；所述惰性氣體為氮氣。4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管提純方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為70(TC，所述還原氣體和惰性氣體為氫氣和氮氣混合氣體，所述氫氣的氣體流速為80m3/h，所述氫氣和氮氣混合氣體的氣體總流速為300m3/h，所述反應(yīng)時間為60分鐘；所述惰性氣體為氮氣。5.如權(quán)利要求1所述的碳納米管提純方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為8(KTC，所述還原氣體和惰性氣體為二氧化碳和氮氣混合氣體，所述二氧化碳的氣體流速為0.06m3/h，所述二氧化碳和氮氣混合氣體的氣體總流速為500m3/h，所述反應(yīng)時間為3分鐘；所述惰性氣體為氮氣。6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管提純方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為300°C，所述還原氣體為二氧化碳?xì)怏w，所述二氧化碳的氣體流速為1000m3/h，所述反應(yīng)時間為20分鐘；所述惰性氣體為氬氣。7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管提純方法，其特征在于，所述碳納米管是單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
【專利摘要】本發(fā)明提出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。
【IPC分類】C01B31/02, B82Y40/00
【公開號】CN105060271
【申請?zhí)枴緾N201510466039
【發(fā)明人】張權(quán), 徐麗麗, 馬偉斌
【申請人】惠州集越納米材料技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月30日