[发明专利]一种碳纳米管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管及其制备方法，所述碳纳米管的功能化指数α为0.4~0.6；碳纳米管的制备方法包括如下步骤：（1）将石油焦、过渡金属前驱体、支撑体前驱体、活化剂混合均匀后进行活化处理，然后经洗涤、干燥后得到样品A；（2）在含氧气氛存在条件下，对步骤（1）中得到的样品A进行处理，处理后得到样品B；（3）在接触条件下，将步骤（2）中得到的样品B与废塑料进行均匀混合并进行热解反应，反应后得到碳纳米管。本发明通过制备高度分散的过渡金属催化剂，将废塑料的热解反应和催化改质反应耦合在一个反应器中，通过一步热解反应即可制备出易功能化的碳纳米管，具有流程、操作简单，成本低廉的优点。

技术领域

本发明属于碳材料制备技术领域，特别是涉及一种碳纳米管及其制备方法。

背景技术

1991年，日本NEC公司首先发现碳纳米管，自此开启了人们对碳纳米管的关注。碳纳米管因其独特的结构和机械、电学性能，使其在纳米电子器件、催化剂载体、储能材料、超强复合材料等领域具有广泛的应用潜力。目前常见的碳纳米管合成方法包括电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法和火焰热解法。其中电弧放电法和激光烧蚀法均存在反应条件苛刻，生产成本高的问题，限制了碳纳米管的应用。化学气相沉积法是指气态物质在固体表面反应并产生固体沉积的工艺，是低成本制备碳纳米管的良好工艺。

自19世纪初酚醛树脂被发明以来，塑料制品已有超过100年的使用历史，塑料在给人类带来便捷的同时也造成了巨大的环境危害。据不完全统计，2018年全球废塑料产量达3亿吨，我国废塑料年产量约3000万吨，而塑料在自然界中完全降解需要近500年。因此，开发废弃塑料资源化利用技术势在必行。

废塑料在真空或惰性气体环境中受热分解会产生烷烃、烯烃、炔烃、芳烃等烃类，含氧塑料还会产生CO，醇类等物质，这些含碳有机物都可作为气相沉积法生产碳纳米管的碳源。以废塑料为原料催化热解制备碳纳米管对废塑料的资源化利用和碳纳米管的低成本制备具有重要意义。CN112408364A公开了一种废弃热固性塑料催化热解制备碳纳米管的方法，利用热解炉和催化裂解炉两步反应使热固性塑料在Fe@NiO核壳催化剂上沉积碳纳米管，但这种工艺存在工艺路线长，催化剂制备复杂的问题。CN112320787A公开了一种纳米碳材料的制备方法及其应用，利用塑料等聚合物经三段式微波处理后得到碳纳米管，但上述方法存在工艺路线复杂，微波功率调控困难的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明主要目的是提供一种以废塑料为原料经催化热解制备碳纳米管的方法及制备得到的碳纳米管。本发明方法无需多步反应，通过制备高度分散的过渡金属催化剂，将废塑料的热解反应和催化改质反应耦合在一个反应器中，通过一步热解反应即可制备出易功能化的碳纳米管，具有流程、操作简单，成本低廉的优点。所制备的易功能化碳纳米管石墨化程度、易氧化程度均在合理范围内，容易被化学改性修饰从而在其表面引入官能团进而使其功能化，进而拓宽碳纳米管的应用场景。

为了实现本发明上述目的，本发明首先提供一种碳纳米管，碳纳米管的功能化指数α为0.4~0.6，所述功能化指数计算公式如式（1）所示：

 式（1）

式（1）中， m₁为碳纳米管在热重实验条件下500～600℃失重百分率， m₂为碳纳米管在热重实验条件下600℃至失重达平衡时的失重百分率，所述热重实验条件：升温速率5℃/min，载气为洁净空气，载气流速20mL/min；式（1）中，θ为碳纳米管在X射线衍射仪下测得广角衍射光谱的衍射角度，所述X射线衍射实验方法为选用Cu靶Kα射线，发射器电压和电流分别设置为40kV和40mA，以0.1^o/s的扫描速度和0.02^o的步长进行连续扫描。

为了实现本发明上述目的，本发明首第二方面提供一种碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：