[發明專利]在水泥熟料上連續、大規模合成碳納米管的方法及納米結構產品

有效

• 申請號: 200980125145.1
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN102131744A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: L·奧蘭多拉迪拉;E·伊萊托達希爾瓦;S·德奧利維拉;R·格瑞貝爾拉瑟達;A·森塔羅薩菲爾勞托;E·勞恩肯;E·德索扎愛維拉
• 申請（專利權）人: 米納斯吉拉斯聯合大學
• 主分類號: C04B7/42
• 分類號: C04B7/42;C04B14/34
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

1.碳納米管合成方法，其特征在于，使用通過錨固過渡金屬而富集的水泥熟料作為用于生長碳納米管的催化載體，其包括以下階段：

i)用于在固相和/或液相中使水泥熟料富集有包含過渡金屬陽離子例如Ti、Cr、Mn、Cu、Mo、W和Al、Ta、Rh、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Zr，優選Fe、Co和Ni的過渡金屬氧化物和/或鹽的方法；

ii)將經富集的熟料引入到受控制和還原性氣氛的窯爐中，在用于引起熱解反應的高溫下注入輕烴和加入作為載體的惰性氣體，從而通過化學氣相沉積生長碳納米管。

2.碳納米管合成方法，根據權利要求的1的階段(i)，其特征在于，其通過過渡金屬的金屬或氧化物或有機金屬化合物與以下相的物理混合物在固相中進行：由水泥熟料前體C₃S(3CaO-SiO₂)和C₂S(2CaO-SiO₂)、鋁酸鈣C₃A(3CaO-Al₂O₃)、優選鐵鋁酸鈣C₄AF(4CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃)、堿金屬或堿土金屬的氧化物載體、堿金屬硅酸鹽或堿土金屬硅酸鹽、鋁硅酸鹽、堿土金屬氧化物、過渡金屬或半金屬，例如Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO的煅燒產生的相，或者由這些化合物的組合產生的相。

3.根據權利要求1和2的碳納米管合成方法，其特征在于，當制備粘土和石灰石混合物或者在它們煅燒后即優選在水泥熟料制備后，將過渡金屬氧化物或化合物或者它們的混合物引入固相中。

4.碳納米管合成方法，根據權利要求1的階段(i)，其特征在于，將熟料在其液相中富集的方法包括通過下面步驟將過渡金屬離子加入到水泥熟料中：

I)將作為溶質的過渡金屬化合物溶解在作為溶劑的非限制性無水和揮發性極性有機液體中；

II)將含有摻雜劑金屬的溶液混合到水泥熟料中直到得到均質混合物，包括用于蒸發所述溶劑的后干燥步驟；

III)將所述混合物在200℃-800℃，優選800℃的溫度下煅燒。

5.根據權利要求1-4的碳納米管合成方法，其特征在于，使用相對于水泥熟料濃度為0.1％-10％不等的過渡金屬。

6.根據權利要求1-5的碳納米管合成方法，其特征在于，包含以下陰離子：硫酸根、硝酸根、草酸根、檸檬酸根、磷酸根、乙酸根或過渡金屬有機金屬化合物。

7.根據權利要求1的碳納米管合成方法，其特征在于，包含作為用于生長碳納米管的催化載體且不具有過渡金屬前體的水泥熟料。

8.大規模連續合成碳納米管的方法，根據權利要求1的階段(ii)，其特征在于，包含一般如輕烴的碳前體源，例如甲烷、乙烯、丙烷、乙炔、一氧化碳、天然氣，優選天然氣。

9.大規模連續合成碳納米管的方法，根據權利要求1的階段(ii)，其特征在于，包含作為載帶劑的惰性氣體，例如氮氣、氬氣、氦氣，優選氮氣。

10.大規模連續合成碳納米管的方法，根據權利要求1的階段(ii)，其特征在于，在任選為管狀、傾斜和旋轉(旋轉的中心截面)的窯爐中進行碳納米管在水泥熟料粉末上的均勻生長。

11.根據權利要求10的大規模連續合成碳納米管的方法，其特征在于，水泥熟料在窯爐內的持久程度通過其傾斜度的變化進行控制。

12.大規模連續合成碳納米管的方法，根據權利要求1的階段(ii)，其特征在于，包括600℃-1,400℃，優選在800℃的溫度。

13.大規模連續合成碳納米管的方法，根據權利要求1的階段(ii)，其特征在于，總壓力接近或高于大氣壓。

14.大規模連續合成碳納米管的方法，根據權利要求1的階段(ii)，其特征在于，包括受控制氣氛以便防止環境氧氣進入。

15.根據權利要求1的大規模連續合成碳納米管的方法，其特征在于，包括在水泥熟料相上碳納米管的原位合成催化反應。