一种用于熔盐电解制备碳纳米管的装置的制作方法

本技术属于纳米材料制备的，特别是涉及一种用于熔盐电解制备碳纳米管的装置。

背景技术：

1、碳纳米管是一种高性能的纳米材料，具有优异的导电性能，热稳定性和力学性能，被广泛应用于航空材料，汽车材料，电池导电剂和芯片制造领域，是支撑新能源技术、现代通讯以及半导体工业等领域的重要基础材料。新能源汽车和物联网领域的迅猛发展，对碳纳米管的需求与日俱增。

2、一方面，目前，大多数的碳纳米管通过化学气相沉积法制备，通过在高温反应器中通入碳源气体，在反应器中预置的催化剂表面生长碳纳米管(专利cn 114538417a)。然而，通过气相沉积制备碳纳米管的碳源气体为烃类或醇类，价格较贵，在高温制备条件下存在安全隐患(专利cn 115340084a)。另一方面，化学气相沉积法中预置的催化剂多为镍、铜、钨和钛等稳定金属，制备出的碳纳米管中通常混有催化剂，难以去除，需要大量酸洗，遗留的催化剂会影响后续应用(专利cn 115340084a)。最后，传统碳纳米管制备设备在基底上生长的碳纳米管需要降温后取出，重新升温制备，无法连续生产，降低了能量效率和生产速率。因此，熔盐电解连续生产碳纳米管的研究具有极高的应用价值。但是，就目前公开的技术和发明来看，对于熔盐电解制备碳纳米管的工程设备研究相当缺乏，难以发挥其独特的优点，实现大规模的应用生产。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种熔盐电解制备碳纳米管的装置，使用该装置进行熔盐电解制备碳纳米管时，碳纳米管易于收集，且收集和电解过程可同步进行，生产效率高。

2、本实用新型解决上述技术问题所采用的方案是：

3、一种用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，包括电解炉炉体、阴极片和阴极提升装置。

4、所述电解炉炉体的上部设置有炉盖，所述炉盖上设置有若干贯穿所述炉盖且可拆卸的集流体。所述集流体通过封板、垫片与炉盖密封连接；所述炉盖可打开，且可与所述电解炉炉体密封连接。

5、所述集流体的上端和下端分别设置有第一连接位点和第二连接位点；所述第一连接位点可拆卸地连接所述阴极提升装置，所述第二连接位点可拆卸地连接所述阴极片，所述阴极片通过所述集流体各自独立地连接直流电源。

6、所述电解炉的底部设置有阳极，所述阳极通过引线接入直流电源。

7、所述电解炉的侧壁设置有进气管和出气管，所述出气管的最下端高于所述进气管的最下端，且所述出气管的最下端位于所述电解炉炉体内熔盐液面以上。所述进气管的气体出口浸入熔盐或者位于熔盐正上方1cm内，使得气体与熔盐的充分接触。

8、优选地，所述第二连接位点与所述阴极片通过类榫卯结构可拆卸连接。

9、优选地，所述阴极提升装置位于所述电解炉炉体的上方，包括一水平移动装置和固定于所述水平移动装置下表面的若干升降装置，所述升降装置的下端设置有与所述第一连接位点可拆卸连接的吊钩。

10、优选地，所述升降装置的提升高度至少使所述阴极片底端离开炉盖，所述水平移动装置的位移距离使所述阴极片可离开所述电解炉炉体所在的水平位置。

11、优选地，所述进气管包括水平段和下倾段，所述进气管的水平段固定于所述电解炉炉体侧壁上，并且可沿所述水平段的轴旋转。气体自下倾段通向熔盐被熔盐吸收。通过旋转，可改变下倾段气体出口的高度，使得气体出口离开熔盐。

12、优选地，所述集流体下端高于所述电解炉炉体内熔盐液面的高度，当所述阴极片与所述集流体连接时，所述阴极片下端位于熔盐液面以下。

13、优选地，所述电解炉炉体内熔盐的高度在0.5～1.5m。

14、优选地，所述炉盖中设置有冷媒循环系统，其中冷媒温度在10～40℃，且控温误差为±0.5℃以内；所述电解炉炉体的内侧壁设置有2～6个加热体；所述电解炉炉体的外侧壁设置有保温层。所述电解炉侧壁还设置有2～4个热电偶，用于监测炉体的温度，热电偶和加热体协同调节炉体温度，为电解炉提供均匀温度场。热电偶穿过保温层与电解炉炉体直接接触，高度位于熔盐液面以下，优选熔盐液面高度一半的位置，控温误差为±2℃以内。

15、优选地，所述炉盖上设置有5～15组集流体，可连接5～15片阴极片。

16、优选地，所述阳极呈块状，所述块状阳极面积与所述电解炉炉体内腔底面形状及大小相同，或略小于所述电解炉炉体内腔底面积。

17、优选地，所述进气管和出气管均设置有气压阀。通过进气口气压阀监测并控制入口气体流量，通过出口气压阀控制电解炉内部压力。

18、优选地，所述电解炉炉盖的厚度、电解炉炉体的侧壁和底壁的厚度均为5～30cm。炉盖材料为不锈钢，炉体材料为氧化铝陶瓷或碳化硅。

19、本实用新型具有以下优点和有益效果：

20、本实用新型的装置结构合理，使用方便，可以通过改变阴极片数量、阴极片的位置分布来控制熔盐电解过程中的电场分布，使得阴极与电解池合为一体，碳纳米管完全生成于阴极片表面，通过自动提升装置收集，收集过程不影响其余阴极片的电解，从而提高了熔盐电解的生产效率。并且设备可以长时间持续使用，各个片状阴极可独立工作，重复使用后不会对其制备材料成分比例形成影响，具有较强的实用性及市场应用前景，可有效解决现有技术中的碳纳米管制备设备在对碳纳米管进行制备时，由于需要更换催化基底而重复降温升温的能量浪费。

技术特征：

1.一种用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，包括电解炉炉体、阴极片和阴极提升装置；所述电解炉炉体的上部设置有炉盖，所述炉盖上设置有若干贯穿所述炉盖且可拆卸的集流体；所述集流体的上端和下端分别设置有第一连接位点和第二连接位点；所述第一连接位点可拆卸地连接所述阴极提升装置，所述第二连接位点可拆卸地连接所述阴极片，所述阴极片通过所述集流体各自独立地连接直流电源；所述电解炉的底部设置有阳极，所述阳极通过引线接入直流电源；所述电解炉的侧壁设置有进气管和出气管，所述出气管的最下端高于所述进气管的最下端，且所述出气管的最下端位于所述电解炉炉体内熔盐液面以上。

2.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述阴极提升装置位于所述电解炉炉体的上方，包括一水平移动装置和固定于所述水平移动装置下表面的若干升降装置，所述升降装置的下端设置有与所述第一连接位点可拆卸连接的吊钩。

3.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述进气管包括水平段和下倾段，所述水平段可沿轴旋转地固定于所述电解炉炉体侧壁上。

4.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述集流体下端高于所述电解炉炉体内熔盐液面的高度，当所述阴极片与所述集流体连接时，所述阴极片下端位于熔盐液面以下。

5.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述炉盖中设置有冷媒循环系统；所述电解炉炉体的内侧壁设置有加热体；所述电解炉炉体的外侧壁设置有保温层。

6.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述炉盖上设置有5～15组集流体，可连接5～15片阴极片。

7.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述阳极呈块状，所述块状阳极面积与所述电解炉炉体内腔底面积相同，或小于所述电解炉炉体内腔底面积。

8.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述进气管和出气管均设置有气压阀。

9.根据权利要求1所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述电解炉炉盖的厚度、电解炉炉体的侧壁和底壁的厚度均为5～30cm。

10.根据权利要求2所述的用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，其特征在于，所述升降装置的提升高度至少使所述阴极片底端离开炉盖，所述水平移动装置的位移距离使所述阴极片可离开所述电解炉炉体所在的水平位置。

技术总结
本技术涉及一种用于熔盐电解制备碳纳米管的装置，包括炉体、阴极片和阴极提升装置；电解炉炉体的上部设置有炉盖，炉盖上设置有若干贯穿炉盖且可拆卸的集流体；集流体的上端和下端分别设置有第一连接位点和第二连接位点；第一连接位点可拆卸地连接阴极提升装置，第二连接位点可拆卸地连接阴极片；电解炉的底部设置有阳极。使用该装置进行熔盐电解制备碳纳米管时，碳纳米管易于收集，且收集和电解过程可同步进行，生产效率高。

技术研发人员：周静,曹锦,洪标
受保护的技术使用者：默特瑞（武汉）科技有限公司
技术研发日：20230717
技术公布日：2024/3/12