[发明专利]一种用于碳纳米管碱金属催化剂的制备方法

说明书

一种用于碳纳米管碱金属催化剂的制备方法，所述制备方法是以二氧化硅等作为催化剂载体，并将载体浸渍在碱溶液中，经抽滤烘干焙烧后与煤气进行反应制得碳纳米管；所制备碱金属催化剂的应用是将碱金属催化剂平铺在石英舟中，将石英舟置于石英管中部，通入保护气升温至，随后通入煤气继续升温，停止通入煤气，继续通入保护气直至石英管降至室温。本方法制备步骤简单，操作方便，且原料来源广泛廉价，极大地降低了催化剂的制备成本。

技术领域

本发明涉及一种碱金属催化剂的制备方法，更具体说，是一种在制备碳纳米管的方法中所用的碱金属催化剂的制备方法，以及使用该催化剂以煤气为原料制备碳纳米管的应用。

背景技术

碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）是由一层或多层石墨烯片卷曲形成的圆柱状无缝中空管，是继石墨、金刚石、卡宾（Carbyne） 和富勒烯（C₆₀）之后，又一碳的同素异形体；碳纳米管因其独特的一维结构在力学、电学、热学及吸附等方面具有优异的特性，如其吸附理论比表面积达8000m²/g，并且其表面的羟基结构能够与阳离子键合，其吸附容量大，吸附力强；其断裂强度为钢的100倍，断裂伸长率高达17%，拉伸强度达到50-200GPa，密度仅为钢的1/6；单根多壁碳纳米管的室温轴向热导系数大于300W/m·K，远大于金刚石和石墨（约2000W/m·K，且其导热性是铜的8倍；目前制备碳纳米管的主要方法有电弧放电技术（arcdischarge）、激光烧蚀技术（laser ablation）、化学气相沉积技术（chemical vapordeposition,CVD）和煤热解法；在上述现有技术中，采用已有发明的催化剂如：电弧法制备碳纳米管中应用的催化剂有Rh、Pt、Pd、La、Y、Ce等，激光法常用的催化剂有Fe、Co、Ni、Rh、Pd等，化学气相沉淀法常用催化剂有Fe、Co、Ni、Mo、等过渡金属和二茂铁等化合物，目前碳纳米管的价格严重限制着其大规模应用市场，以多壁碳纳米管为例，现阶段其价格约为100$/Kg，远高于被市场所能接受的15$/Kg，因此开发宏量制备低成本的碳纳米管技术已经迫在眉睫。

CN105174244A公开了一种碳纳米管的制备方法，碳纳米管的制备方法，包括以下步骤，以Fe、Al、Mg三种物质的硝酸盐或乙酸盐为原料，以柠檬酸作为络合剂和造孔剂，加入水后混合成溶液；将上述溶液焙烧，制成催化剂的结构通式为FeAlxMgyO，x=1-3，y=0.1-1；使用所述催化剂催化裂解甲烷、乙烷或丙烯中的任意一种，得到碳纳米管；该方法的不足在于原料价格比较高，且所制得的碳纳米管有严重的团聚现象，需要进行分散处理，增加了后续碳纳米管的处理的难度。

CN105217596A公开了一种氯化钴催化剂制备碳纳米管的制备方法，碳纳米管是以葡萄糖、三聚氰胺和氯化钴为原料，经混合、干燥、焙烧、酸洗等步骤从而得到碳纳米管；该方法可以将碳纳米管的长度控制在5-30，管径在200-300nm，但是碳纳米管的抗氧化能力差，石墨化程度低，并且碳纳米管灰分高。

CN 107626334 A公开了一种以氯化银为载体的催化剂，该碳纳米管催化剂的制备方法包括以下步骤：（1）按照质量份数将以金属元素计1-120份的铁、钴、镍的化合物中的至少一种、以钒元素计1-10份含钒元素的化合物等溶解于溶剂中形成混合溶液；（2）避光条件下，称取质量份数为20-30份的氯化银，缓慢加入上述混合溶液中；加热至60-80℃，搅拌形成凝胶溶液；（3）混炼处理1-12h，得到催化剂前躯体；（4）将所述催化剂前躯体置入保护性气体的氛围中在300-400℃温度下烧结1-2h制得碳纳米管催化剂；该催化剂通过化学气相沉积法制备的碳纳米管的管径较小、管径均一、质量好，但是在催化剂的回收上存在问题，会造成环境的污染。

上述已公开的碳纳米管普遍存在的问题首先是以镧系稀土金属为分散剂，以过渡金属离子为活性组份，涉及多种有毒物质的使用以及成本过高且容易污染环境；其次是部分合成的碳纳米管灰分高，纯度低，且抗氧化能力差，石墨化程度低；最后是合成的碳纳米管流程过于复杂，步骤繁琐，不利于工业化。