[发明专利]一种麦饭石为载体用于碳纳米管生产的催化剂制备方法、催化剂和应用

说明书

技术领域

本发明涉材料学领域，具体涉及一种催化剂的制备方法、催化剂和应用。

背景技术

碳纳米管是由碳元素形成的重要材料，基本结构单元为碳原子以sp2杂化方式形成的碳烯六元环，其力学、电学和化学性能优异，应用广泛。

目前，制备上述材料的主要方法之一就是通过含碳有机气体的催化裂解以及碳元素的沉积生长，此法产率高，制备条件可控，被人们看好。含碳有机气体催化裂解化学气相沉积法中，催化剂是最为重要的因素，得到广泛研究。专利CN02100709.8通过共沉淀法、高压水热反应、高温煅烧制备碳纳米管铁系催化剂；专利CN03117874.X通过络合法制备了铁系含稀土元素碳纳米管催化剂。上述专利都成功的制备出了碳纳米管的催化剂，但催化剂制备过程都采用了含镁、铝、硅、稀土元素等可溶性盐为载体的前驱体，原料价贵、工艺复杂、成本高、颗粒形态不可控，且催化元素因长时间工艺操作和缓慢溶剂蒸发易形成聚集态而造成的分布不均匀，并产生大量含氯离子、硝酸根、硫酸根等污染环境的废液、粉尘等废弃物。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种成本低廉、工艺简单环保、催化剂颗粒形态可控、催化元素分布均匀的用于有机碳气相生长裂解沉积为碳纳米管的催化剂的制备方法及催化剂和应用。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明提供一种麦饭石为载体用于碳纳米管生产的催化剂制备方法，其特点是，该方法包括以下步骤：(1)使碳纳米管催化元素在麦饭石表面上形成纳米态分布，得到催化剂前驱体；(2)步骤(1)得到的催化剂前驱体经过高温煅烧、粉碎、分级筛分、包装后即得到用于碳纳米管生产的催化剂。所得催化剂比表面积10～1000㎡/g。

步骤(1)可以具体为：麦饭石粉加水配成麦饭石粉悬浮液，加入含碳纳米管催化元素的物质的溶液或悬浮液，通过离子交换法或浸渍法中的一种制备含碳纳米管催化元素的混合物，上述混合物经喷雾干燥、过滤、压滤、离心工序中的一种或两种以上去除溶剂，得到催化元素纳米态分布在麦饭石表面上的催化剂前驱体。

步骤(1)还可以具体为：麦饭石粉加水配成麦饭石粉悬浮液，加入含碳纳米管催化元素的物质的溶液或悬浮液的同时加入沉淀剂和分散剂，通过共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法中的一种制备含碳纳米管催化元素的混合物，上述混合物经喷雾干燥、过滤、压滤、离心工序中的一种或两种以上去除溶剂，得到催化元素纳米态分布在麦饭石表面上的催化剂前驱体。所述沉淀剂为可溶性氢氧化物、可溶性碳酸盐或碳酸氢盐、可溶性铵盐、氨、尿素中的一种或两种以上；所述分散剂为偏磷酸钠、烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯型三段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮中一种或两种以上；所述沉淀剂用量为碳纳米管催化元素理论摩尔量的50％-150％，优选80％-120％；分散剂用量为体系总质量的0.1％-10％，优选0.25％-5％。

步骤(1)又可以具体为：麦饭石粉加水配成麦饭石粉悬浮液，加入含碳纳米管催化元素的物质的溶液或悬浮液的同时加入络合剂和分散剂，通过络合法制备含碳纳米管催化元素的混合物，上述混合物经喷雾干燥、过滤、压滤、离心工序中的一种或两种以上去除溶剂，得到催化元素纳米态分布在麦饭石表面上的催化剂前驱体。

所述络合剂为柠檬酸、酒石酸、甘氨酸、乙两胺四乙酸中的一种或二种以上；所述分散剂为偏磷酸钠、烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯型三段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮中一种或两种以上；络合剂用量为催化元素理论摩尔量的

20％-300％，优选50％-200％；分散剂用量为体系总质量的0.1％-10％，优选0.25％-5％。

以上步骤中，所述麦饭石粉悬浮液固含量为1％～60％；所述碳纳米管催化元素为铁、钴、镍、铬、钼、钨中的一种或两种以上，所述含碳纳米管催化元素的物质指含有铁、钴、镍、铬、钼或钨的氧化物、氢氧化物、氯化物、氰化物、氟化物、硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐、有机酸盐、铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐中的一种或两种以上的化合物或它们的复合物；所述含碳纳米管催化元素的物质的溶液或悬浮液中，上述化合物或复合物的溶质质量浓度或固含量为0.5％-95％；所述高温煅烧的温度为300℃-1200℃，煅烧时间为1-24小时；所述喷雾干燥，喷雾干燥机为离心喷雾干燥机、压力喷雾干燥机或二/三流体喷雾干燥机中的一种，喷雾干燥机的温度为120℃-400℃；所述催化剂前躯体粒径范围50-1000微米。