一种用于碳纳米管提纯的装置及方法与流程

本发明涉及碳纳米管提纯，具体是涉及一种用于碳纳米管提纯的装置及方法。

背景技术：

1、碳纳米管具有超大的比表面积、较轻的质量、超强的机械强度、优异的导电性、较好的物理和化学稳定性，是一种备受关注的新型材料，在多个领域具有广泛的应用前景。目前碳纳米管已可以通过化学气相沉积(cvd)法制备。然而，cvd方法制备碳纳米管的过程中，需要用到金属催化剂。制备结束后，金属催化剂容易残留，伴随碳纳米管进入产品中。这严重阻碍了碳纳米管在一些对金属杂质要求较高行业的应用，如在锂离子电池(残留金属催化剂的碳纳米管应用到锂离子电池中，残留的金属催化剂会进入电解液中，导致电池短路等)、精密电子器件、航天航空领域的应用，特别是不能满足航材材料领域的要求。

2、为了降低残留金属催化剂的影响，通常会对碳纳米管进行提纯。现有的高温热处理提纯方法，采用高于2800℃的温度对碳纳米管进行热处理，使残留金属催化剂气化，从而达到提纯碳纳米管的目的，但是现有设备中碳纳米管溶液与气流的接触面积小，通过气流带走金属催化剂的效率低下，从而需要长时间对碳纳米管溶液进行加热，进而提高了能耗。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种用于碳纳米管提纯的装置及方法。

2、为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种用于碳纳米管提纯的装置，包括有提纯室、通气机构、物料提升机构、旋转传动机构和模式切换机构；提纯室外侧设有电磁加热机构；通气机构包括有导气管和文丘里管，导气管的一端与气源连通，导气管的另一端与提纯室内部连通，导气管上设有用于控制导气管开合的控制阀门，文丘里管的一端与导气管连通，文丘里管的另一端与提纯室内部连通，文丘里管与导气管连通的一端位于控制阀门远离提纯室的一侧；物料提升机构绕着提纯室轴线环形设置有三组；物料提升机构包括有能够转动的驱动轴和安装在驱动轴上的螺旋上料板以及套设在螺旋上料板外侧的竖直上料筒，竖直上料筒的底端与提纯室的底端连接，竖直上料筒的底端设有上料口；旋转传动机构包括有用于带动驱动轴旋转的旋转驱动桨、用于吹动旋转驱动桨的吹风组件和用于节能并使驱动轴旋转稳定的旋转稳定组件，旋转驱动桨设有三个且分别位于三个驱动轴上，吹风组件包括有环形导气通道和三个与旋转驱动桨一一对应的倾斜吹风管，倾斜吹风管的一端与环形导气通道连通，倾斜吹风管的另一端与提纯室的内部连通，环形导气通道与文丘里管连通；旋转稳定组件包括有三个水平设置的飞轮，三个飞轮与三个驱动轴一一对应，飞轮固定安装在驱动轴的顶端，模式切换机构设置在提纯室的顶端，旋转传动机构与模式切换机构传动连接，模式切换机构与控制阀门传动连接。

4、优选的，文丘里管包括有进气管、出气管和缩口段，进气管的一端与导气管连通，进气管和出气管分别设置在缩口段的两侧，进气管的内径大于出气管的内径，缩口段的大径一侧与进气管连通，缩口段的小径一侧与出气管连通。

5、优选的，旋转驱动桨包括有第一驱动桨叶和第二驱动桨叶，第一驱动桨叶小于第二驱动桨叶，第一驱动桨叶和第二驱动桨叶均设有若干个且均绕着驱动轴的轴线环形分布，第一驱动桨叶位于第二驱动桨叶的下方，若干个第一驱动桨叶和若干个第二驱动桨叶彼此交错设置。

6、优选的，旋转稳定组件还包括有安装盘和锁定柱，安装盘水平固定安装在提纯室的顶部，驱动轴的顶端贯穿安装盘的顶部并与安装盘能够旋转的连接，安装盘上设有三个限位环，三个限位环与三个驱动轴一一对应，飞轮与驱动轴的顶端连接，飞轮位于限位环内，飞轮的中部设有卡块，驱动轴的顶端设有与卡块卡接的卡槽，锁定柱与驱动轴的顶端螺纹连接。

7、优选的，旋转传动机构还包括有第一齿轮、第二齿轮、中心轴和环齿，第一齿轮设有三个，三个第一齿轮分别水平固定安装在驱动轴上，中心轴能够旋转的竖直设置在安装盘的中心处，第二齿轮水平固定安装在中心轴的底端，环齿能够转动的设置在安装盘的下方，第一齿轮、第二齿轮和环齿均处于同一水平面，第二齿轮分别与三个第一齿轮啮合，第一齿轮与环齿啮合。

8、优选的，模式切换机构包括有拉绳连动组件、套环、水平中空杆、弹簧和配重块，水平中空杆固固定安装在套环上，套环与中心轴固定连接，配重块能够滑动的设置在水平中空杆远离套环的一端，弹簧套设在水平中空杆上，弹簧的一端与水平中空杆固定连接，弹簧的另一端与配重块固定连接，拉绳连动组件与配重块传动连接，控制阀门与拉绳连动组件传动连接。

9、优选的，拉绳连动组件包括有第一拉绳、第二拉绳、轴接转盘和竖直中空筒，控制阀门上设有能够转动的转把和与转把连接的扭簧，竖直中空筒设置在中心轴的顶端，轴接转盘水平设置在竖直中空筒内，轴接转盘能够竖直滑动的设置在竖直中空筒上，第一拉绳的一端与轴接转盘的底端固定连接，第一拉绳的另一端穿过水平中空杆后与配重块固定连接，第二拉绳的一端与轴接转盘的顶端固定连接，第二拉绳的另一端穿过竖直中空筒的顶端后与转把连接。

10、优选的，竖直上料筒的上半部外侧壁上环形分布有若干个出料孔，竖直上料筒的顶端还设有倾斜向下设置的下料环。

11、还提供了一种用于碳纳米管提纯的装置的方法，包括有以下步骤：

12、s1：在设备刚开始运行时，控制阀门关闭，高温惰性气体只能够通过文丘里管导入至提纯室内，在气体导入过程中，由于文丘里管内壁径长逐渐减小，使得气体的流速增快，进而使得气体导入至提纯室内部时，气体对旋转驱动桨的推动力增大，通过气体带动旋转驱动桨绕着驱动轴轴线旋转，进而实现对驱动轴的旋转驱动功能；

13、s2：安装在驱动轴顶端的飞轮起到惯性储能的作用，使得驱动轴的转动更加平稳，且能够在驱动轴的转速到达一定程度后，利用飞轮的惯性降低气体带动驱动轴旋转所需的动能，起到节能的作用；

14、s3：当驱动轴的转速达到正常工作状态时，驱动轴带动的螺旋上料板旋转将位于提纯室底部的碳纳米管溶液抬升，将位于底部的碳纳米管溶液抬升至提纯室的中部后落下，提高碳纳米管溶液与高温惰性气体的接触面积，提高提纯效率；

15、s4：在驱动轴转动平稳时，通过模式切换机构将控制阀门打开，使得导气管和文丘里管均打开，将气源中的部分气体直接导入至提纯室内，提高整体气体流量，通过较大流量的气流提高将溶液中金属催化剂带走的速度，从而提高工作效率。

16、本发明相比较于现有技术的有益效果是：

17、1.在设备刚开始运行时，控制阀门关闭，高温惰性气体只能够通过文丘里管导入至提纯室内，在气体导入过程中，由于文丘里管内壁径长逐渐减小，使得气体的流速增快，进而使得气体导入至提纯室内部时，气体对旋转驱动桨的推动力增大，通过气体带动旋转驱动桨绕着驱动轴轴线旋转，且能够在驱动轴的转速到达一定程度后，利用飞轮的惯性降低气体带动驱动轴旋转所需的动能。

18、2.在配重块由于偏心力向外拉动后，配重块拉动第一拉绳，带动轴接转盘沿着竖直中空筒向下运动，进而拉动第二拉绳收缩，使得第二拉绳驱动转把转动，将控制阀门开启，使得导气管和文丘里管均打开，从而提高通入提纯室内惰性气体的流量，提高气流对碳纳米管溶液的冲刷效率。

19、3.驱动轴带动的螺旋上料板旋转将位于提纯室底部的碳纳米管溶液抬升，将位于底部的碳纳米管溶液抬升至提纯室的中部后落下，提高碳纳米管溶液与高温惰性气体的接触面积，提高提纯效率。