[发明专利]一种含硫酒石酸钴催化剂的制备方法及其催化制备螺旋碳纳米纤维的方法

说明书

本发明公开了一种含硫酒石酸钴催化剂的制备方法及其催化制备螺旋碳纳米纤维的方法，其中催化剂制备方法为：（1）将酒石酸钾钠和氯化钴分别溶于水，得到酒石酸钾钠溶液和氯化钴溶液，在搅拌条件下将配制的酒石酸钾钠溶液滴加至氯化钴溶液中；（2）滴加完后，将混合液转移至反应釜中，并加入硫粉，进行水热反应；（3）水热反应完成后，将混合液静置，随后去掉上层清液，沉淀物经抽滤、洗涤后干燥；（4）将干燥后的产物置于球磨罐中球磨，球磨完成后干燥，即得到所述的含硫酒石酸钴催化剂。本发明制备的含硫酒石酸钴制备螺旋碳纤维时，无需通入氢气还原，而且还可实现在低温下制备均匀的螺旋纳米碳纤维。

技术领域

本发明属于螺旋纳米碳纤维制备领域，具体涉及一种含硫酒石酸钴催化剂的制备方法及其催化制备螺旋碳纳米纤维的方法。

技术背景

螺旋碳纳米纤维具有低密度、高强度、长径比大、模量高、导电导热好、热稳定性强、化学稳定性好等优异性能，并且还拥有不同手性的特殊螺旋结构，因此受到人们的极大关注。目前，国内对螺旋纳米碳纤维的研究重点是合成方法，螺旋纳米碳纤维的合成方法主要有以下四类：电弧法、激光蒸发法、化学气相沉积法以及静电纺丝法。

化学气相沉积法由于具有反应过程易于控制、设备简单、原料成本低、可大规模生产、产率高等优点，而被广泛研究。化学气相沉积法存在的缺点主要是：制备工艺不成熟，制备的螺旋碳结构不稳定，螺旋度不足，螺旋直径短，可重复性差，形貌不可控等。任娇、金永中等（钴催化剂制备螺旋纳米炭纤维[J]. 炭素技术, 2017, 36(3):20-23）提出了将钴粉分散于乙醇中，超声分散再干燥后作为催化剂，再通入乙炔反应，在高温下反应后得到螺旋纳米碳纤维。该方法由于前期处理比较繁琐，催化剂成本高，人体极易吸入催化剂，对人体伤害大且所得产品均匀性不够，有明显团聚现象。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种含硫酒石酸钴催化剂的制备方法，解决现有制备螺旋碳纳米纤维过程中需通入氢气还原催化剂的问题。

本发明还提供了该方法制备的催化剂用于制备螺旋纳米碳纤维的方法，解决现有方法制备的螺旋碳纳米纤维螺旋结构不好、螺径比不足、均匀性不够的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含硫酒石酸钴催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将酒石酸钾钠和氯化钴分别溶于水，得到酒石酸钾钠溶液和氯化钴溶液，其中酒石酸钾钠和氯化钴的摩尔比为1~1.2:1，在搅拌条件下将配制的酒石酸钾钠溶液滴加至氯化钴溶液中；

（2）滴加完后，将混合液转移至反应釜中，并加入硫粉，进行水热反应，其中氯化钴与硫粉的质量比为95~180:1；

（3）水热反应完成后，将混合液静置，随后去掉上层清液，沉淀物经抽滤、洗涤后干燥；

（4）将干燥后的产物置于球磨罐中球磨，球磨完成后干燥，即得到所述的含硫酒石酸钴催化剂。

本发明通过水热法制备出含硫酒石酸钴催化剂，酒石酸钴在制备螺旋纳米碳纤维的升温过程中直接裂解为单质钴，即可发挥催化作用，不用氢气还原。而且，本发明在水热反应中还加入了硫粉，硫粉有利于酒石酸根和Co²⁺结合得到酒石酸钴，使后续反应能够充分进行。其中，步骤（1）中控制酒石酸钾钠和氯化钴的摩尔比为1~1.2:1，这样能够保证钴离子充分反应。步骤（4）中，将得到的产物球磨，可提高催化剂的催化效果，更容易生成螺旋纳米碳纤维，使制备的螺旋纳米碳纤维的形状呈紧密缠绕的麻花状，同时，还有利于提高硫粉的促进作用，更好地促进螺旋纳米碳纤维的生长，其中球磨后的干燥条件可为60~80℃真空干燥12~16h。步骤（3）中，混合液可静置4~8h，洗涤后的产物可于60~80℃真空干燥12~16h。

作为优选，酒石酸钾钠和氯化钴分别于55~65℃溶解，并磁力搅拌10min，再超声分散30min。