本發(fā)明涉及一種碳納米管的制備工藝，具體涉及一種利用廢舊輪胎橡膠熱裂解產(chǎn)生的可燃?xì)庵苽涮技{米管的工藝。

背景技術(shù)：

碳納米管具有良好的力學(xué)性能，CNTs抗拉強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6，至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)；它的彈性模量可達(dá)1TPa，與金剛石的彈性模量相當(dāng)，約為鋼的5倍。導(dǎo)熱性是銅的5倍，其導(dǎo)電性根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同而異，可以是導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體，甚至可以僅次于超導(dǎo)體。碳納米管的結(jié)構(gòu)雖然與高分子材料的結(jié)構(gòu)相似，但其結(jié)構(gòu)卻比高分子材料穩(wěn)定得多。是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復(fù)合材料,可使復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復(fù)合材料的性能帶來(lái)極大的改善。碳納米管以其特殊的結(jié)構(gòu)顯示出了極強(qiáng)的量子效應(yīng)和奇特的物理化學(xué)性能，在催化、復(fù)合材料、儲(chǔ)能材料和微電子器件等諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出了很大的潛在應(yīng)用前景。曾經(jīng)在世界范圍內(nèi)興起了碳納米管的研究熱潮，國(guó)內(nèi)也曾經(jīng)“863立項(xiàng)”來(lái)推動(dòng)碳納米管技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。

但到目前為止，碳納米管產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)沒(méi)有當(dāng)初人們期望的那么快。目前制備碳納米管的方法有石墨電弧法、激光法、催化裂解法(CVD)等，但這幾種方法存在產(chǎn)量少，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。多層碳納米管的生產(chǎn)，還處于很初級(jí)的階段，均為百噸級(jí)的試驗(yàn)裝置。世界范圍內(nèi)現(xiàn)在公開(kāi)報(bào)道的主要有6家百噸級(jí)規(guī)模的工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)，都是采用化學(xué)氣相沉積法的路線，但生產(chǎn)成本較高。以往綠人生態(tài)經(jīng)濟(jì)環(huán)境保護(hù)研究所研發(fā)廢舊輪胎熱裂解時(shí)產(chǎn)生的多余裂解可燃?xì)馐墙?jīng)過(guò)室外天燈燃燒排放至大氣中，既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源。

因此，對(duì)于碳納米管的制備工藝存在進(jìn)一步的優(yōu)化需求，這也是該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一，更是本發(fā)明得以完成的動(dòng)力和出發(fā)點(diǎn)所在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明人在進(jìn)行了大量的深入研究之后，從而提供了一種利用廢舊輪胎熱裂解產(chǎn)生的可燃?xì)庵苽涮技{米管的工藝，本發(fā)明能夠解決廢舊輪胎裂解產(chǎn)生可燃?xì)怏w不能充分利用和降低碳納米管生產(chǎn)成本的問(wèn)題。

上述技術(shù)問(wèn)題的解決通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種利用廢舊輪胎熱裂解產(chǎn)生的可燃?xì)庵苽涮技{米管的工藝，包括以下步驟：將破碎后的廢舊輪胎顆粒送入裂解爐進(jìn)行裂解，獲得油氣混合氣體和固體，將所述油氣混合氣體進(jìn)行油氣分離，將所述固體進(jìn)行鋼絲段和炭黑的分離；油氣分離后獲得的燃油進(jìn)行冷卻過(guò)濾儲(chǔ)存，油氣分離后獲得的可燃?xì)馔ㄈ朊芊獾囊苿?dòng)床催化反應(yīng)裝置，在催化劑LaCoO₃的催化作用下獲得碳納米管。

優(yōu)選的，在所述移動(dòng)床催化反應(yīng)裝置中，所述LaCoO₃通過(guò)固體進(jìn)料斗連續(xù)均勻地布灑到移動(dòng)床石英管內(nèi)的紫銅傳送帶上，然后隨紫銅傳輸帶進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)以管式爐為熱源，所述管式爐的恒溫區(qū)溫度控制在700±5℃，廢舊輪胎熱裂解產(chǎn)生的可燃?xì)馀c紫銅傳送帶上的所述LaCoO₃發(fā)生作用生成碳納米管，通過(guò)移動(dòng)床轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向作用，所述LaCoO₃在所述紫銅傳送帶上停留預(yù)定的時(shí)間后，所述LaCoO₃和生成的碳納米管從所述紫銅傳送帶上脫出，進(jìn)入收集器。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述LaCoO₃通過(guò)所述固體進(jìn)料斗以0.25g/min的布灑量連續(xù)均勻布灑到所述紫銅傳送帶上。進(jìn)一步優(yōu)選的,所述紫銅傳送帶以20mm/min的速度移動(dòng)進(jìn)入所述反應(yīng)區(qū)。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述移動(dòng)床石英管的外徑為90mm，長(zhǎng)為2000mm，所述管式爐的外徑為100mm，長(zhǎng)度為1000mm，所述管式爐的恒溫區(qū)的長(zhǎng)度為600mm。

優(yōu)選的，所述裂解的溫度為390℃～420℃，時(shí)間為25～35分鐘。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述裂解的溫度為400℃，時(shí)間為30分鐘。

優(yōu)選的，在進(jìn)行所述裂解之前，廢舊輪胎先進(jìn)行了預(yù)處理，所述預(yù)處理的過(guò)程如下：將回收的廢舊輪胎進(jìn)行洗滌以清除雜質(zhì)，然后將廢舊輪胎送破碎機(jī)破碎成徑粒為20～30毫米大小的顆粒。

優(yōu)選的，所述油氣混合氣體進(jìn)行油氣分離的過(guò)程如下：油氣混合氣體送入冷卻分離塔進(jìn)行油氣分離，用冷卻水對(duì)進(jìn)入冷卻分離塔中的油氣混合氣體進(jìn)行冷卻，可燃?xì)鈴睦鋮s分離塔上方逸出，在冷卻分離塔的下部集聚冷凝形成燃料油，將所述燃料油進(jìn)行壓濾后儲(chǔ)存。

優(yōu)選的，所述固體進(jìn)行分離鋼絲段和炭黑的過(guò)程如下：所述固體出爐后，首先由冷卻絞龍進(jìn)行冷卻，并同時(shí)利用分離篩選絞龍將鋼絲段與炭黑分離，分離后的鋼絲段清洗后回收利用，炭黑送入磨粉機(jī)磨粉后包裝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明在移動(dòng)床催化反應(yīng)工藝的基礎(chǔ)上，巧妙地結(jié)合廢舊輪胎熱裂解技術(shù)，利用廢舊輪胎熱裂解時(shí)產(chǎn)生的可燃?xì)膺M(jìn)行碳納米管的生產(chǎn)，轉(zhuǎn)換率在25-30％，為連續(xù)生產(chǎn)碳納米管提供碳源，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，反應(yīng)過(guò)程容易控制，產(chǎn)量高，具有能耗低、安全、環(huán)保、無(wú)污染物排放等優(yōu)點(diǎn)，兼顧了環(huán)境和資源問(wèn)題，成為制備碳納米管的有效途徑。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明利用廢舊輪胎熱裂解可燃?xì)馍a(chǎn)炭納米管的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明采用的移動(dòng)床催化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、第一調(diào)速器；2、第一電機(jī)；3、轉(zhuǎn)動(dòng)棒；4、固體進(jìn)料斗；5、催化劑LaCoO₃；6、第一熱電偶；7、第一溫控儀；8、氣體入口；9、第二調(diào)速器；10、第二電機(jī)；11、第二溫控儀；12、第二熱電偶；13、管式爐；14、轉(zhuǎn)軸；15、紫銅傳送帶；16、石英管；17、氣體出口；18、收集器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種利用廢舊輪胎熱裂解產(chǎn)生的可燃?xì)庵苽涮技{米管的工藝，包括以下步驟：

廢舊輪胎熱裂解：首先將回收的廢舊輪胎橡膠進(jìn)行洗滌，以清除一些混雜在其中的雜質(zhì)，然后送破碎機(jī)破碎，一般需要將廢舊輪胎橡膠破碎成粒徑為20-30毫米大小的顆粒，將粉碎后的廢舊輪胎橡膠顆粒(含鋼絲)送入裂解爐進(jìn)行裂解，裂解爐由燃燒可燃?xì)怏w進(jìn)行加熱，在390℃-420℃(比如400℃)的溫度條件下裂解，在裂解爐中約25-35分鐘(比如30分鐘)，裂解后從裂解爐中產(chǎn)生的油氣混合氣體送油氣分離設(shè)備進(jìn)行油氣分離，油氣分離在冷卻分離塔中進(jìn)行，用冷卻水對(duì)進(jìn)入冷卻分離塔中的油氣混合氣體進(jìn)行冷卻，在冷卻分離塔下部集聚冷凝后的燃料油進(jìn)行壓濾后儲(chǔ)存，占總橡膠顆粒重量10％的可燃?xì)鈴睦鋮s分離塔上方逸出后進(jìn)入密封的移動(dòng)床催化反應(yīng)裝置中，含有鋼絲段的炭黑出爐后，首先由冷卻絞龍進(jìn)行冷卻，并同時(shí)利用分離篩選絞龍將鋼絲段與炭黑分離，分離后的鋼絲段清洗后回收再利用，而炭黑送入磨粉機(jī)磨粉后包裝；

碳納米管的生成：在密封的移動(dòng)床催化反應(yīng)裝置中，催化劑LaCoO₃通過(guò)固體進(jìn)料斗以0.25g/min的布灑量被連續(xù)均勻地布灑到移動(dòng)床石英管(90mm*2000mm)內(nèi)的紫銅傳送帶上，然后隨傳輸帶以20mm/min的速度移動(dòng)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，以100mm*1000mm管式爐為熱源，恒溫區(qū)溫度控制在700±5℃，長(zhǎng)度600mm，廢舊輪胎熱裂解時(shí)產(chǎn)生的可燃?xì)馀c移動(dòng)床紫銅傳送帶上的催化劑LaCoO₃發(fā)生作用生成碳納米管，由于移動(dòng)床轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向作用，催化劑LaCoO₃在紫銅傳送帶上停留設(shè)定的時(shí)間后，催化劑LaCoO₃和其上生成的碳納米管從紫銅傳送帶上脫出，進(jìn)入收集器，整個(gè)過(guò)程連續(xù)不間斷，從而保證了低成本大批量碳納米管的制備。

上述實(shí)施例采用的移動(dòng)床催化反應(yīng)裝置如圖2所示，由第一調(diào)速器1、第一電機(jī)2、轉(zhuǎn)動(dòng)棒3、固體進(jìn)料斗4、催化劑LaCoO₃5、第一熱電偶6、第一溫控儀7、氣體入口8、第二調(diào)速器9、第二電機(jī)10、第二溫控儀11、第二熱電偶12、管式爐13、轉(zhuǎn)軸14、紫銅傳送帶15、石英管16、氣體出口17、收集器18組成。

上述實(shí)施例的整個(gè)處理工藝中，無(wú)任何的氣體外泄，在負(fù)壓條件下進(jìn)行裂解，安全系數(shù)高，經(jīng)上述工藝可以將廢舊輪胎橡膠轉(zhuǎn)化為約重量比10％的可燃?xì)?、重量?5％的燃料油、重量比35％的炭黑和重量比5％的鋼絲，實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎橡膠的完全回收利用，裂解獲得的可燃?xì)庖驳玫搅顺浞值睦?，既解決了多余裂解可燃?xì)馊紵欧盼廴经h(huán)境的問(wèn)題，同時(shí)也為碳納米管的生產(chǎn)制備提供了碳源。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。