[發(fā)明專利]一種成型的納米碳纖維載體及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810039524.6
• 申請日: 2008-06-25
• 公開（公告）號: CN101301629A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周靜紅;陳聰;方向晨;郭蓉;隋志軍;周興貴
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: B01J32/00
• 分類號: B01J32/00;B01J21/18;B01J21/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 繆利明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體涉及一種成型的納米碳纖維載體及其制備方法。

背景技術(shù)

納米碳纖維(carbon?nanofiber，簡稱CNF)，是一種1991后才被關(guān)注的新型炭材料。因其低密度、高比模量、高比強度、高導(dǎo)電性等特殊的物理化學(xué)性能而成為近年來的研究熱點。納米碳纖維是一種十分具有應(yīng)用前景的新興材料，可用作催化劑或催化劑載體、電極材料、吸附劑、增強材料等。

CNF應(yīng)用于催化領(lǐng)域作為催化劑或催化劑載體，與傳統(tǒng)的活性炭等炭質(zhì)催化材料相比，具有諸多優(yōu)勢，如微結(jié)構(gòu)可控，界面效應(yīng)強，中孔特征，熱穩(wěn)定性和機械強度高等，因此作為催化劑載體能對催化劑的活性、選擇性、壽命等產(chǎn)生積極的影響。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，CNF作為催化劑或催化劑載體在選擇性加氫和脫氫、甲酰化、脫硫、費托合成等催化過程中，均顯示了優(yōu)于常規(guī)載體的催化性能(Serp?P，Corrias?M，Kalack?P.Carbonnanotubes?and?nanofibers?in?catalysis.Appl?Catal?A，2003，253(2)：337-358.)。目前以CNF為載體的費托合成催化劑在實驗室取得了良好的性能(Bezemer?G?L，F(xiàn)alke?U，van?Dillen?A?J，Cobalt?on?carbon?nanofiber?catalysts：auspicious?system?for?study?of?manganese?promotion?inFischer-Tropsch?catalysis，Chem?Commun，2005，731-733.)，并已進入中試階段，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

通常納米碳纖維的纖維直徑一般小于200nm，長度為μm～mm不等。因此納米碳纖維的宏觀形態(tài)為細微的粉末，粉末顆粒的大小取決于納米碳纖維的制備方法及生長條件。當其應(yīng)用于采用固定床反應(yīng)器的連續(xù)過程(目前大部分的工業(yè)催化過程為此類)時，粉末催化劑極易被高速的液流帶走，堵塞下游管路，或造成催化劑流失。同時還存在粉末催化劑床層的阻力大，能耗高等不利因素。另一方面，當其應(yīng)用于采用工業(yè)釜式反應(yīng)器的液相催化過程時，同樣存在催化劑與反應(yīng)液分離困難，催化劑回收利用困難等問題。因此，將粉末納米碳纖維進一步加工制備成具有一定宏觀尺寸和一定幾何形狀的顆粒，成為其工業(yè)化應(yīng)用的前提。

專利CN1586714公開了一種用于乙苯氧化脫氫制苯乙烯的納米碳纖維催化劑及其成型方法。該方法是采用熱固性的酚醛樹脂為粘合劑，以乙二醇為助劑，將納米碳纖維通過壓縮成型成具有一定直徑的片劑，并在373～573K溫度下的空氣氛中加熱固化2～10小時，然后在惰性氣氛(Ar氣或N₂氣)中升溫至773～1273K保持2～10小時。得到具有一定機械強度的成型納米碳纖維片劑，通常為φ5×8mm的圓柱體。但該成型方法過程復(fù)雜，需要在高溫下長時間加熱樣品，能耗較高，壓縮成型法也不宜于進行連續(xù)化的大量生產(chǎn)。同時該法得到的納米碳纖維成型體由于大量的粘結(jié)劑酚醛樹脂炭化后進入納米碳纖維纏繞形成的孔道結(jié)構(gòu)，微孔孔容增加了數(shù)倍(Li?P，Zhao?TJ，Zhou?JH?et.al.，Characterizationof?carbon?nanofiber?composites?synthesized?by?shaping?process，carbon，2005，43：2701～2710)，限制了其在擴散阻力較大的催化反應(yīng)體系中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有納米碳纖維成型體的不足，從而提供一種成型的納米碳纖維載體。

本發(fā)明的第二個目的在于提供所述納米碳纖維載體的制備方法。

本發(fā)明的成型的納米碳纖維載體，該載體以納米碳纖維粉末、粘合劑氧化鋁的前體擬薄水鋁石、膠溶劑和助擠劑為原料經(jīng)充分混捏后擠出成型，成型的顆粒經(jīng)100～130℃干燥2～10小時后在空氣或惰性氣氛中400～600℃焙燒4～6小時制成，以納米碳纖維干基重量為基準，原料中氧化鋁的含量為33～200％，膠溶劑的含量為50～200％，助擠劑的含量為1～5％。

根據(jù)本發(fā)明，所述膠溶劑為硝酸水溶液；所述助擠劑為檸檬酸和田菁粉。

本發(fā)明的成型納米碳纖維載體，其成型的形狀為柱狀、三葉草或四葉草型的顆粒；所述顆粒直徑為1～3mm，長度為3～8mm。

本發(fā)明的成型納米碳纖維載體的制備方法如下：