流态化技术在碳纳米管批量化制备的应用

  在物质多样性研究中,尺度效应至关重要。尺度的不同,常常引起主要相互作用力的不同,导致物质性能及其运动规律和原理的质的区别。著名的理论物理学家R.Feynman在1959年的一篇报告中明确指出,“毫无疑问,当我们得以对细微尺度的事物加以操纵的话,将会大大地扩充我们可能获得物性的范围”。这段话有预见性地概括了20世纪下半发展新材料地主要动向之一,即通过设计和控制材料在细微尺度上微结构,从普通材料中发掘并获得许多意想不到的、崭新的新材料

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图1:各种纳米结构的材料

随着材料科学的发展,纳米体系的应用范围日益广泛,纳米研究的内涵不断扩大,研究对象涉及到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料(包括凝胶和气凝胶)。例如气凝胶空隙率高于90%,孔径大小为纳米级,这就导致空隙间的材料实际上是纳米尺度的微粒或丝,这种纳米结构为嵌镶、组装纳米微粒提供一个三维空间。与此同时,纳米材料的制备与应用研究备受重视。以碳纳米管为例,自从1991年日本NEC电镜专家Iijima首次明确报道发现碳纳米管以来,碳纳米管的研究一直是国际新材料领域的热点。碳纳米管的发现,使得人们可以期望得到比现在性能最好的合金钢材强度大十倍,但重量轻几倍的合成材料,使城市建筑和桥梁建设的面貌完全更新。碳纳米管的低成本大批量生产是这种新型纳米材料能够广泛应用的前提条件。

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图2:Iijima和CNT电镜图片

纳米材料的高表面活性和强烈的相互吸引作用使得纳米体系非常容易聚集,从而影响其宏观性质。在许多涉及纳米粉体的过程中,粉体团聚是不希望发生而又难以完全避免的现象。团聚不仅极大影响纳米材料的各种性能,同时还会增大纳米材料制备及加工处理的难度。例如,纳米粒子往往难于单分散,影响纳米粒子性质的充分展现;纳米催化剂粒子在烧结过程中很容易聚集长大。

流态化技术是一项用于粉体制备、加工及非均相催化反应的实用技术,已经在许多物理、化学过程中得到成功应用。流态化技术最大的优点是处理能力大,易于实现连续化操作。以往的观念认为纳米粒子因粒间作用力过强而根本无法流化。但是实际证明,某些纳米粒子可以通过自聚集以团聚体的形式平稳流化。纳米聚团流化正是充分利用纳米材料易于团聚的特点,使流态化技术能够用于处理纳米粉体。

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图3:流态化技术示意图

  通过近10年努力,山东大展纳米材料有限公司在碳纳米管流态化大规模生产取得巨大突破,目前公司建成并调试成功了行业领先的单台年产过千吨的多壁聚团纳米管流化床生产线,实现了全自动无人操作;保证了产品质量的稳定性,使生产成本大幅降低,为碳纳米管工业化大规模发展奠定了应用基础。

时间:2021-04-27 10:55
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