[发明专利]固体载体、系统和方法

说明书

一种用于制造具有可选地官能化的碳纳米管(CNT)的惰性固体载体的方法，其包括以下步骤：i)提供惰性固体载体和至少一种催化金属，所述至少一种催化金属与所述载体相连，或者吸收在所述载体中，或者吸附/沉积在所述载体上，所述金属可选地选自由铁、钴、镍、钼及其组合组成的组；ii)向所述催化金属供应气态、液态或固态碳源；iii)通过化学气相沉积(CVD)，在所述催化金属处将至少部分的所述碳源沉积为碳纳米管，其稳定地连接到所述惰性固体载体。本发明还涉及惰性固体载体和分离方法。

本发明涉及用于制造具有碳纳米管(CNT)的惰性固体载体的方法、具有CNT的固体载体、吸附系统、分离方法和用于制造具有碳纳米管(CNT)的惰性固体载体的装置。

背景技术

碳纳米管由Iijima于1991年发现[1]。他分析了在氦气气氛中电弧放电产生的样品。他用TEM显微镜观察到一些非常有趣的空心管状结构，但由于研究小组正在追求其他目标，因此没有进行进一步的调查。

50年代中期，一些俄罗斯研究人员和后来的Endo及其合作者发表了关于这些纳米尺寸中空管的第一篇出版物[2,3]。

碳纳米管(CNT)由卷起形成管的石墨烯片组成，该管结构被称为单壁碳纳米管(SWCNT)。另一方面，当形成两个以上同心管从而形成更厚的结构时，获得多壁碳纳米管(MWCNT)。

最初，电弧放电是生产碳纳米管的最广泛使用的方法。这种方法已经为人所知并广泛用于生产碳丝和纤维。

后来，在其生产中考虑了其他生产合成技术，例如激光烧蚀或化学气相沉积(CVD)。

因此，前面的方法是合成这些纳米材料的三种主要方法。

已进行了一些尝试来寻找生长纳米管的其他可能性，但没有成功：这当然是由于多年来一直使用的设备成本高、用作催化剂的材料价格、具体合成条件(如高压和高温)或使用特殊的制造条件。

因此，回归到仅仅优化旧方法，使其适应新条件，而不是发现新技术。

目前，电弧放电和化学气相沉积被广泛用于碳纳米管的形成。已经进行了许多研究以通过优化其合成工艺来提高这些纳米材料的生产质量和数量。

结果，发现了CVD方法的一些变化，例如使用与CVD连接的等离子体、微波或射频。

技术问题

近年来，人们对这些纳米结构材料的兴趣不断增长，不仅在复合材料行业(广泛应用碳纳米管)，而且在环保行业。

由于其优异的吸附性能，纳米管已大量进入民用和工业水过滤领域。

许多研究已经开发出基于纳米管的化学/物理特性的技术，并使用它们来改进已经广泛优化的工艺[4]。

使用CNT的限制之一是尺寸特性。更准确地说，纳米管的纳米量度不利于它们在工业过滤装置中的使用，例如在目前使用活性炭的装置中。

近年来已经开发了各种技术解决方案，其共同点是旨在防止与不希望的纳米管拖带现象相关的缺陷。

然而，至今理论化的解决方案需要实施成本，迄今为止，大大超过可以获得的利益。

参考文献：

[1]Iijima,S.Helicalmicrotubules of graphitic carbon.Nature 1991,354,56–58.

[2]Radushkevich L.V.；Lukyanovich V.M.O struktureugleroda,obrazujucegosjapritermiceskomrazlozeniiokisiuglerodanazeleznomkontakte.Zurn.Fisic.Chim.1952,26,88–95.