一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置和方法

技术领域

本发明涉及碳纳米管的烘干技术领域，具体涉及一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置和方法。

背景技术

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料。碳纳米管自1991年被日本电镜学家lijima首次发现后，其由于独特的结构及优良的力学、电学和化学等性能，呈现出广阔的应用前景，吸引了材料、物理、电子、化学等领域众多科学家的极大关注。

碳纳米管具有极高的长径比，有着非常优异的导电性能，在电池材料中构建良好的导电网络，被广泛应用于锂离子电池和钠离子电池中。具体表现为降低电池的内阻、提升导电性能、提升倍率性能、提升电池循环寿命、提升充放电效率等，非常适合动力电池、储能电池、高端消费类电池等领域。

由于碳纳米管在制备过程中，产品自身含有金属催化剂，而这些金属催化剂若不经过处理而直接使用，将给电池性能带来不良影响，因而有必要对碳纳米管进行酸洗。而目前酸洗工序基本都是间歇式作业，如脱水工序一般采用离心机、板框式压滤机作业，采用人工挖料转运方式，效率极低，且物料呈弱酸性对人体作业极不友好；另外，烘干工序一般采用土炕、烘箱、烘干窑、闪蒸等间歇式设备作业，要么烘干时间长，要么一次烘干水分不达标，对产品品质控制不稳定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置和方法，以达到连续烘干酸洗后的碳纳米管，且烘干效率高烘干质量好的目的。

通过以下技术方案实现：

一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置，包括依次连接的离心机、真空抽滤机和回转炉，回转炉倾斜设置，在其底部设有出料口，靠近出料口一端设有天然气燃烧机，天然气燃烧机的热源出口端与回转炉内连通，为回转炉内提供烘干热量。

进一步优选的，所述离心机包括顶部设有的物料进口和注水口，用于投入物料和水，离心机底部设有物料出口用于出料并与真空抽滤机管道连接。

进一步优选的，所述真空抽滤机具有用于收集物料的集料槽、用于分离滤液和滤渣的滤布滚动组件和用于为分离滤液和滤渣提供负压真空的负压真空组件。

进一步优选的，回转炉顶部设有进料口，真空抽滤机底部与回转炉顶部的进料口之间设有下料斗，所述回转炉内设有用于翻转输送物料的导流螺带和用于监测回转炉内温度的温度传感器。

进一步优选的，回转炉炉内壁材质为钛合金、刚玉或陶瓷中的一种。

一种连续式酸洗碳纳米管的烘干方法，包括如下步骤：

(1)提纯后碳纳米管酸液进入离心机中，水洗至中性；

(2)水洗后碳纳米管料液进入真空抽滤机中，分离出滤渣；

(3)滤渣进入回转炉中进行烘干；

(4)烘干后物料出料输送进入下一道工序。

进一步优选的，洗提纯后的碳纳米管，水洗至pH值范围为6-7。

进一步优选的，所述真空抽滤机的真空压力为0.03-0.15MPa，滤布为2000-10000目，抽滤至碳纳米管的含水量为20％-90％。

进一步优选的，回转炉的直径为510-2000mm，有效工作长度为3000-20000mm。

进一步优选的，回转炉内干燥烘干气氛为热空气，干燥烘干温度为100℃～600℃。

本发明的有益效果：

1)、本发明烘干设备简单，经过水洗、过滤后在热空气中烘干，烘干方法简单，易操作，节约成本，实现连续化自动化投料，提高生产效率。

2)、本发明全管道密闭输送物料，减少粉尘抛洒，提升作业环境；减少异物引入和确保水分一次烘干到位，提升产品品质一致性。

3)、本发明设备结构简单，可实现PLC自动化，控制方便。避免操作员在卸料、装填、转运、包装等工序中往返，减少安全隐患，实现安全生产。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置的结构示意图。

100-离心机，110-物料进口，120-注水口，130-物料出口，200-真空抽滤机，210-下料斗，300-回转炉，310-进料口，320-出料口，330-导流螺带，340-温度传感器，400-天然气燃烧机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参照图1，图1是本发明一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置示意图。

一种连续式酸洗碳纳米管的烘干装置包括离心机100、真空抽滤机200、回转炉300和天然气燃烧机400，离心机100包括顶部的物料进口110、顶部的注水口120和底部的物料出口130，离心机100与真空抽滤机200之间具有输送物料的管道和泵，真空抽滤机200具有集料槽、负压真空组件、滤布滚动组件，回转炉300倾斜设置，回转炉300顶部设有进料口310，底部设有出料口320，真空抽滤机200底部与回转炉300顶部的进料口310之间设有下料斗210，回转炉300靠近出料口320一端设有天然气燃烧机400，天然气燃烧机400的热源出口端与回转炉300内连通，为回转炉300内提供烘干热量。

回转炉300内设有导流螺带330和温度传感器340，导流螺带330通过电机或其他动力输出设备驱动，在回转炉300内螺旋翻转输送物料，温度传感器340用于监测回转炉300内温度。

优选地，真空抽滤机200为滚筒真空过滤机、带式真空过滤机等真空吸滤脱水设备。

工作原理：酸洗提纯后的碳纳米管，用水在离心机100中水洗至中性后，碳纳米管料液通过管道输送至真空抽滤机200的浆槽中进行吸滤，滤渣吸附在滤布上，随着滤布转动，依靠重力落入下料斗210中，进入回转炉300中进行干燥，干燥热源为天然气燃烧机400提供。

一种连续式酸洗碳纳米管的烘干方法，按照如下步骤进行：

(1)提纯后碳纳米管酸液进入离心机100中，水洗至中性

(2)水洗后碳纳米管料液进入真空抽滤机200中，分离出滤渣

(3)滤渣进入回转炉300中进行烘干

(4)烘干后物料出料输送进入下一道工序。

优选地，酸洗提纯后的碳纳米管，水洗至pH值范围为6-7。

优选地，真空抽滤机200真空泵的正常工作压力一般为0.03-0.15MPa，滤布为2000-10000目，抽滤后碳纳米管含水量为20％-90％。

优选地，回转炉300炉内壁材质为钛合金、刚玉、陶瓷等防酸防氯离子腐蚀等，可避免酸洗碳纳米管中的酸液和阴离子腐蚀；

优选地，回转炉300直径510-2000mm，有效工作长度3000-20000mm；

优选地，所述天然气燃烧机400使用天然气提供热源，干燥气氛为热空气，干燥温度为100℃～600℃。

进一步地，结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，提纯后碳纳米管酸液进入离心机100中，水洗至pH为6，水洗后的碳纳米管料液输送至滚筒式抽滤设备浆槽，在真空泵压力0.12Mpa，滤布目数5000目的滚筒真空过滤机中过滤，过滤后滤渣通过滤布转动，落入下料斗210中。最后采用直径600mm，有效工作长度5000mm的回转炉300烘干，干燥温度400℃，物料随着回转炉300内置导流螺带330连续流动翻转便于烘干，干燥过程无粉尘。

实施例2，提纯后碳纳米管酸液进入离心机100中，水洗至pH为7，水洗后的碳纳米管料液输送至带式真空设备浆槽，在真空泵压力0.09Mpa，滤布目数8000目的带式真空过滤机中过滤，过滤后滤渣通过滤布转动，落入下料斗210中。最后采用直径800mm，有效工作长度8000mm的回转炉300烘干，干燥温度450℃，物料随着回转炉300内置导流螺带330连续流动翻转便于烘干，干燥过程无粉尘。

对比例1，水洗后的碳纳米管料液输送至滚筒式抽滤设备浆槽，滚筒真空过滤机真空泵压力0.10Mpa，滤布目数6000目，过滤后滤渣通过滤布转动，落入下料斗210中。最后采用普通回转炉，回转炉直径500mm，有效工作长度4000mm，干燥温度450℃。

对比例2，水洗后的碳纳米管料液输送至带式真空设备浆槽，带式过滤机真空泵压力0.14Mpa，滤布目数5000目，过滤后滤渣通过滤布转动，落入下料斗210中。最后采用普通回转炉，回转炉直径500mm，有效工作长度4000mm，干燥温度450℃。

对比例1采用普通回转炉没有设置导流螺带330，物料团聚分散不开。采用烘箱干燥法，粉尘多、效率低、烘箱内壁容易腐蚀，对比例2同样采用普通回转炉没有设置导流螺带330，物料团聚分散不开。采用闪蒸烘干热效率低，需要二次干燥，内部容易腐蚀，而采用本申请的烘干装置和方法，将酸洗的碳纳米管经水洗至中性，再过滤出滤渣，在回转炉300中导流螺带330翻转流动，物料更分散，便于物料与热空气充分接触，提高烘干效率和烘干质量，且回转炉300内壁材质为钛合金、刚玉、陶瓷等防酸防氯离子腐蚀等，可避免酸洗碳纳米管中的酸液和阴离子腐蚀。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。