一种安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统和方法与流程

技术特征：

1.一种安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，包括碳纳米管纤维生长单元和碳纳米管纤维收集单元，所述碳纳米管纤维生长单元还与碳源注入单元及气流控制单元配合，其特征在于，所述碳纳米管纤维生长单元包括彼此分隔的多个生长腔室，所述生长腔室的出口处设置有水冷机构和气封机构，所述气封机构至少用于向与生长腔室出口对应区域喷射气流以形成气封层，所述气封层能够阻止环境空气从生长腔室出口进入生长腔室，所述水冷机构至少用于对生长腔室出口对应区域进行冷却。

2.根据权利要求1所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述碳纳米管纤维生长单元包括多根炉管，其中每一炉管内分布有一个所述的生长腔室；和/或，所述气封机构包括与生长腔室出口环绕密封连接的筒状结构，所述筒状结构的筒壁上分布有多个气流喷射孔，由每一气流喷射孔喷射的气流均指向所述炉管出口对应区域；和/或，所述水冷机构包括至少环绕所述生长腔室出口对应区域设置的水冷腔室。

3.根据权利要求2所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述筒状结构的筒壁内设有一个以上气体腔室，所述气体腔室与设置在所述筒壁内壁面上的一个以上气流喷射孔连通，且所述气体腔室还与设置在所述筒壁外壁面上的高压气体入口连通。

4.根据权利要求3所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述筒状结构的筒壁内形成有一个连续的环形气体腔室，所述环形气体腔室与均匀分布在所述筒壁内壁面上的多个气流喷射孔连通，同时还与设置在所述筒壁外壁面上的一个以上高压气体入口连通；和/或，所述气流喷射孔的气流喷射方向与所述生长腔室出口的尾气输出方向相交叉。

5.根据权利要求2所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述水冷腔室环绕所述气封机构设置，并且所述水冷腔室与冷却水循环装置连通；和/或，所述气封机构、水冷机构与所述生长腔室同轴设置；和/或，所述气封机构与水冷机构一体设置。

6.根据权利要求2所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述碳纳米管纤维生长单元包括2-10根炉管；和/或，所述炉管的直径为25-120mm，长度为50-200cm；和/或，所述的多根炉管等间距并列排布或矩形排布于加热装置内；和/或，所述炉管为水平设置或垂直设置；和/或，所述炉管包括刚玉炉管或石英炉管。

7.根据权利要求1所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述生长腔室出口处还设置有集气罩，所述生长腔室出口对应区域被包围于所述集气罩内；

和/或，所述集气罩与生长腔室出口相对的一端面具有镂空结构；和/或，所述集气罩的侧壁上还设置有排风扇。

8.根据权利要求1所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统，其特征在于：所述碳纳米管纤维收集单元包括水箱以及与水箱配合设置，且设置在水箱外侧的纤维收集辊筒；

和/或，所述碳源注入单元包括微量注射泵以及与生长腔室连通设置的超声雾化装置，且所述微量注射泵通过导管与超声雾化装置连通设置；和/或，所述碳源注入单元包括注射泵以及与生长腔室连通设置的加热蒸发装置，且所述注射泵通过导管与加热蒸发装置连通设置；

和/或，所述气流控制单元包括质量流量计。

9.一种安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于，包括：

提供权利要求1-8中任一项所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统；

将碳源及助剂通过碳源注入单元，且在载气的作用下，注射进入碳纳米管纤维生长单元的各个生长腔室进行反应，气相中组装生成碳纳米管纤维；

将形成的碳纳米管纤维通过碳纳米管纤维收集单元对形成的碳纳米管纤维进行卷绕操作。

10.根据权利要求9所述的安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的方法，其特征在于：所述碳源包括乙醇/二茂铁/噻吩混合溶液、丙酮/二茂铁/噻吩混合溶液或乙醇/丙酮/二茂铁/噻吩混合溶液中的一种或两种以上，和/或，所述碳源的注射速率为5-50ml/h；

和/或，所述载气包括氩气、氮气、氦气中的一种或两种以上，和/或，所述每个生长腔室内的载气流量为1-10l/min；

和/或，所述碳纳米管纤维生长单元的温度为1000-1400℃；和/或，所述碳纳米管纤维收集单元的收集速率为3-30m/min。

技术总结
本发明揭示了一种安全气氛规模化制备碳纳米管纤维的系统和方法，包括碳纳米管纤维生长单元和碳纳米管纤维收集单元，碳纳米管纤维生长单元还与碳源注入单元及气流控制单元配合，碳纳米管纤维生长单元包括彼此分隔的多个生长腔室，生长腔室的出口处设置有冷却机构和气封机构，气封机构至少用于向与生长腔室出口对应区域喷射气流以形成气封层，气封层能够阻止环境空气从生长腔室出口进入生长腔室，冷却机构至少用于对生长腔室出口对应区域进行冷却。本发明采用多管生长腔室，提高纤维产能，降低纤维成本；生长腔室处于敞开大气环境，提高操作方便性；每个生长腔室出口位置设置有水冷与气封装置，提高规模化制备过程中的工艺安全性。

技术研发人员：勇振中;张永毅;吴昆杰;李志;周涛;李清文
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：2021.06.10
技术公布日：2021.08.20