[发明专利]一种高效氮掺杂碳纳米管的制法及其氮掺杂碳纳米管的应用

权利要求书

1.一种高效氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）水热氧化碳纳米管

按多壁碳纳米管：硝酸溶液为1-2g：50-100mL，将多壁碳纳米管加入浓度为0.05-0.5mol/L的硝酸溶液中，将上述混合物转移到配备有温度控制器和螺旋桨式搅拌系统的高压釜中，高压釜密闭，用氮气冲放三次以排尽溶液中溶解的氧气，系统进一步加压至0.4-1.0MPa，以100-300r/min的速度搅拌，然后加热到120-200℃并保持1-4h，最后高压釜冷却至室温后泄压，用离子水洗涤至中性，抽滤，置于烘箱中于80-100℃干燥8-12h；

（2）步骤（1）水热氧化后的碳纳米管与三聚氰胺固体以质量比为1:1-4混合并用研钵研匀，于氮气中600℃-900℃高温焙烧2h-4h，焙烧完成后用蒸馏水洗至中性后烘干，得到氮掺杂碳纳米管。

2.如权利要求1所述的一种高效氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，比表面积为180-260 m²/g ,孔容0.70-0.98 ml/g，平均孔径为7.6-12 .8nm。

3.如权利要求1或2所述的一种高效氮掺杂碳纳米管的制备方法，其特征在于氮掺杂碳纳米管的氮含量为4.6wt%-10.3wt% ,比表面积为134-180 m²/g ,孔容为0.60-0.80 ml/g，平均孔径为12.6-15.2nm。

4.采用权利要求3氮掺杂碳纳米管制备的催化剂，其特征在于催化剂是由活性组分铜和氮掺杂碳纳米管组成，其中Cu 3.0-10.0wt% ,氮掺杂碳纳米管90-97wt%。

5.如权利要求4所述催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)按催化剂组成，将浓度为0.156-0.52mol/L可溶性非氯铜盐水溶液逐滴加入到氮掺杂碳纳米管中，在超声波反应器中搅拌 30-60 min，然后在30-50℃下干燥8-15h，得到干燥前驱体；

(2)干燥前驱体在惰性气氛下，以2-10℃/min速度升至300-450℃，恒温焙烧180-240min，自然冷却至室温取出，即得到氮掺杂碳纳米管负载铜催化剂。

6.如权利要求5所述催化剂的制备方法，其特征在于所述的可溶性非氯铜盐为硝酸铜或醋酸铜。

7.如权利要求5所述催化剂的制备方法，其特征在于所述的惰性气氛为氮气或氩气。

8.如权利要求4所述催化剂的应用，其特征在于包括如下步骤：

催化剂用于甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯的反应，将催化剂和石英砂的混合物装入固定床反应器中，在氮气气氛下，将反应器中的催化剂床层温度加热至120-140℃；反应气体体积流量比组成为CO：O₂：甲醇=8:1:0.01-11:1:0.01的原料经预热器加热至110-130℃；预热器出来的物料从反应器的上端进入管式反应器，物料气相体积空速为4980-16600 h^-1，在温度为120-140℃和压力为常压-2 .0MPa的条件下反应，从反应器出来的物料经冷凝器冷凝后得到反应产物。

9.如权利要求8所述催化剂的应用，其特征在于所述的催化剂和石英砂之间的加入量为催化剂与石英砂质量比为催化剂：石英砂=1:2-5。