[发明专利]一种制备碳纳米管的方法

说明书

本发明公开了一种制备碳纳米管的方法，该方法包括：以预定的顺序或者同时将碳纳米管和催化剂供应到反应器中，使碳纳米管和催化剂流化以形成流化床，其中根据公式(1)的最小流化速度差(△V)为5cm/s以下：[公式1]最小流化速度差(△V，cm/s)＝┃V_cat‑V_CNT产品┃其中，V_cat是催化剂的最小流化速度，V_CNT产品是在形成流化床的步骤中供应到反应器的碳纳米管的最小流化速度。

技术领域

本发明涉及一种制备碳纳米管的方法。

背景技术

近来，碳纳米管已广泛用于诸如电气或电子领域、能源领域和聚合物复合材料领域的各个领域。

这样的碳纳米管可以通过电弧放电、激光烧蚀、化学气相沉积等来合成。例如，可以通过使用所谓的流化方法的化学气相沉积来合成碳纳米管。

通常，使用流化法合成碳纳米管是指使用运载气体(carrier gas)和烃类气体使催化剂流化以使其彼此反应的方法。

以这种方式，烃类的碳组分溶解在催化剂中，然后沉淀在催化剂的表面上以生长成碳纳米管。同时，可能由于烃类的热解而没有形成碳纳米管，或在催化剂的表面上形成焦炭(即，在没有空气的情况下有机材料挥发后残留的碳质材料)，这导致催化剂活性降低。

发明内容

在本发明的一个实施方案中，提供了一种制备碳纳米管的方法，该方法可以将平均长度控制在更宽的范围内，同时获得优异的收率、优异的经济性和优异的可用性(workability)。

然而，本发明要解决的技术问题不限于上述问题，本领域技术人员根据下面的描述可以清楚地理解上文中未提及的其它问题。

在本发明的一个实施方案中，提供了一种制备碳纳米管的方法，所述方法包括以预定顺序或同时向反应器中供应碳纳米管和催化剂，使碳纳米管和催化剂流化以形成流化床，其中根据公式1的最小流化速度(minimum fluidization velocities)差(△V)为5cm/s以下。

在上述制备方法中，除了因碳源的催化反应在催化剂上生长碳纳米管所获得的碳纳米管之外，在碳源的反应开始之前将碳纳米管供应到反应器中，使碳纳米管流化，使得即使由于催化剂与随后供应的碳源的源气体(source gas)进行反应而产生热量时，形成流化床的碳纳米管在反应器中流动的同时也可以有效地散热。

因此，可以防止催化剂表面出现焦炭的现象，并且使催化剂的活性保持更长时间，从而可以获得优异的产率、优异的经济性和可用性。

此外，源气体和催化剂的反应时间可以控制在更宽的范围内，因此通过上述方法制备的碳纳米管的平均长度也可以控制在更宽的范围内。

在形成流化床的步骤中，供应到反应器的碳纳米管可以在反应器中流动时散热。

具体地，供应到反应器的碳纳米管不直接参与催化剂与随后供应的源气体的反应，并且在碳源和催化剂的反应开始之前，碳纳米管可以在反应器中流动的同时起到分散由反应生成的热量的作用。

在上述制备方法中，根据公式1的最小流化速度差(△V)可以为例如约5cm/s以下，特别是0cm/s至约3cm/s：

[公式1]

最小流化速度差(ΔV,cm/s)＝|V_cat-V_CNT产品|

其中，V_cat是催化剂的最小流化速度，V_CNT产品(V_CNTproduct)是在形成流化床的步骤中供应到反应器的碳纳米管的最小流化速度。

因此，可以有效地分散从催化剂本身或其周围产生的热量，使得催化剂的活性可以维持更长时间。