[发明专利]使用连续式工序的多壁碳纳米管的制备方法

说明书

本发明的一实施例提供一种多壁碳纳米管的制备方法，上述方法包括：步骤(a)，将金属前体溶解在溶剂中以制备前体溶液；步骤(b)，将上述前体溶液喷射到反应器中并进行热解，以形成催化剂粉末；及步骤(c)，将上述催化剂粉末投入到加热至600至900℃的流化床反应器中，喷射碳基气体和载气，以从上述催化剂粉末合成多壁碳纳米管，其中，以连续方式进行上述步骤(a)至步骤(c)，上述催化剂粉末包括根据下式1的金属成分：<式1>Ma:Mb＝x:y(在上式中，Ma为选自Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、V、W、Sn及Cu中的两种以上的金属，Mb为选自Mg、Al、Si及Zr中的一种以上的金属，x和y分别表示Ma和Mb的摩尔分数，x+y＝10，2.0≤x≤7.5,2.5≤y≤8.0)。

技术领域

本发明涉及一种使用连续式工序的多壁碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管(carbon nanotube)是具有一个碳原子与三个其他碳原子键合的六边形蜂窝状的管形结构的材料，其电性能、热性能和机械性能优于其他材料，因此应用于各种产业领域。

通常，这种碳纳米管通过如电弧放电法(arc-discharge)、热解法(pyrolysis)、激光蒸发法(laser vaporization)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition)、等离子体化学气相沉积法(plasma chemical vapor deposition)、热化学气相沉积法(thermalchemical vapor deposition)、气相合成法(chemical vapor condensation)等的各种方法制备。

迄今为止，已经开发出具有各种金属成分的组合和物理性质的用于制备碳纳米管的催化剂，但它们中的大多数是基于生产率低且所合成的碳纳米管的均匀性低的固定床化学气相沉积反应器开发的，因此存在不适合有利于大规模生产和均匀的碳纳米管制备的流化床化学气相沉积反应器的问题。

并且，催化剂的制备方法是喷雾干燥(spray dry)法，其在200至350℃的低温下进行，且为了在催化剂内部形成孔，必须使用水溶性聚合物作为成孔剂，而且，为了将催化剂形成为适合合成的形态，需要在350至1100℃下经过单独的烧制过程，因此，通过喷雾干燥法制备的催化剂由于其高表观密度而具有不适合流化床反应器的问题。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决上述现有技术的问题而提出的，本发明的目的在于提供通过使用针对流化床反应器优化的催化剂粉末来改善碳基源气体的转化率和多壁碳纳米管的产率，从而能够制备大量的多壁碳纳米管的方法。

技术方案

本发明的一个方面提供一种多壁碳纳米管的制备方法,上述方法包括：步骤(a)，将金属前体溶解在溶剂中以制备前体溶液；步骤(b)，将上述前体溶液喷射到反应器中并进行热解，以形成催化剂粉末；及步骤(c)，将上述催化剂粉末投入到加热至600至900℃的流化床反应器中，喷射碳基气体和载气，以从上述催化剂粉末合成多壁碳纳米管，其中，以连续方式进行上述步骤(a)至步骤(c)，上述催化剂粉末包括根据下式1的金属成分：

<式1>

Ma:Mb＝x:y

在上式中，Ma为选自Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Mo、V、W、Sn及Cu中的两种以上的金属，Mb为选自Mg、Al、Si及Zr中的一种以上的金属，x和y分别表示Ma和Mb的摩尔分数，x+y＝10，2.0≤x≤7.5,2.5≤y≤8.0。

在一实施例中，上述催化剂粉末可以具有厚度为0.5至10μm的中空结构。

在一实施例中，上述催化剂粉末的表观密度可以为0.05至0.70g/mL。

在一实施例中，上述中空结构的中空比率可以为50体积％以上。