[发明专利]一种CVD法制备的碳纳米管复合微纤材料及其方法与应用

说明书

本发明属于复合材料的技术领域，公开了一种CVD法制备的碳纳米管复合微纤材料及其方法与应用。方法：(1)将微纤维和木纤维通过湿式造纸法制得微纤复合材料前驱体并干燥；(2)将微纤复合材料前驱体在保护性气体中烧结，得到载体前驱体；(3)将载体前驱体置于空气中煅烧，得到微纤复合材料载体；(4)将微纤复合材料载体置于反应装置中，通入保护性气体，升温至碳源分解的温度，恒温，通入碳源进行反应，得到碳纳米管复合微纤材料。本发明的方法简单，所制备的材料可有效降低床层压降，增强传质传热，且碳纳米管与微纤载体具有强烈的相互作用，有效减少碳纳米管浸出率，碳纳米管均匀生长于微纤材料表面，可以有效提高吸附反应效率。

技术领域

本发明属于复合材料的技术领域，具体涉及一种碳纳米管生长于微纤表面的复合材料及其制备方法与应用。所述复合材料是利用湿法造纸技术以及化学气相沉积法(CVD)技术制备得到。

背景技术

碳纳米管具有许多优良的性质，比如良好的热稳定性，化学稳定性，机械性能，大的长径比，合理的孔径分布以及良好的疏水性。目前，科学家们已经发现碳纳米管在工业废水处理的应用中具有巨大的潜力以及优势。但是，尽管如此，碳纳米管在工业上的应用还是受到了诸多限制。工业上应用较多的反应器是固定床反应器，因为其拥有操作连续，处理量大，反应过程中间产物少，反应产物质量较高等优点。但是对于普通的碳纳米管来说，由于他们的粒径过小，如果直接应用于固定床反应器中，将会形成很大的床层阻力以及传质传热阻力，从而导致传质效率下降，反应接触效率下降，同时增大了床层压降。如果将碳纳米管直接应用于固定床废水处理反应中，过大的阻力容易导致碳纳米管浸出过多，有二次污染的危险。因此，人们需要研究出一种经济新型高效并且能减少碳纳米管浸出的充分利用碳纳米管的方法。

微纤复合材料是一种具有高的孔隙率，孔体积以及独特的三维网状结构的材料。与传统颗粒固定床相比较，微纤复合材料的高孔隙率可以有效降低床层阻力以及床层压降，从而提高接触效率和反应效率。同时，如果采用金属纤维作为微纤复合材料的载体，还可以使材料具有良好的传热性能，有利于高放热以及高吸热反应。为了进一步提高和改善微纤复合材料的性能，如：吸附性能、催化性能等，人们一般会将微纤与其他成分一起制备成包覆材料。比如Sathistsuksanoh(N.Sathitsuksanoh,H.Yang,D.R.Cahela,etal.Immobilization of CO₂by aqueous K₂CO₃using microfibrous media entrappedsmall particulates for battery and fuel cell applications[J].Journal of PowerSources.173(1)(2007)478-486.)等人制备了镍纤维包覆活性炭的微纤复合材料并应用于CO₂的吸附中；Kalluri(R.R.Kalluri,D.R.Cahela,B.J.Tatarchuk.Comparativeheterogeneous contacting efficiency in fixed bed reactors:Opportunities fornew microstructured systems[J].Applied Catalysis B Environmental.90(3–4)(2009)507-515.)等人也制备了不锈钢包覆Pd/y-Al₂O₃催化剂并应用于NH₃的分解反应中。虽然微纤包覆材料具有微纤复合材料的一定优势，但是其包覆的颗粒与微纤载体之间的相互作用力较小，因此颗粒容易在反应过程中流失。

如何获得一种碳纳米管分散均匀且不易流失、结构稳定并且在固定床中压降下、阻力小、接触效率高，性能好的复合材料是人们需要解决的问题之一。

发明内容