[發(fā)明專利]一種碳納米管的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710699582.0
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN109399611A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 宋榮君;蘇璇;譚盛男
• 申請（專利權）人: 東北林業(yè)大學
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;B01J23/882
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于合成碳納米管材料技術領域。本發(fā)明提供了以聚烯烴為碳源，一種負載型雙金屬Co‐Mo為催化劑，炭黑為裂解協(xié)效劑，物理共混然后裂解制備碳納米管的方法。其特征在于聚烯烴為純和回收的聚烯烴、炭黑為納米級可參與碳納米管合成的協(xié)效劑，和催化劑為雙金屬高效催化劑。按一定組成共混上述材料，通過高溫燃燒或惰性氣體保護下高溫裂解即為碳納米管。本發(fā)明設備簡單，操作方便，重復性好，成本較低、產(chǎn)率較高，碳納米管質量好。使用回收聚烯烴屬于資源再利用且解決環(huán)境污染，使用納米級炭黑減少產(chǎn)物中非碳雜質，雙金屬催化劑提高碳納米管質量。

技術領域

本發(fā)明屬于一種合成碳納米管材料的技術領域。公開了一種以聚烯烴為碳源，以負載型雙金屬Co‐Mo為催化劑，以炭黑為裂解協(xié)效劑，協(xié)同催化裂解制備碳納米管的新方法。

背景技術

碳納米管(CNTs)自1991年被電鏡學家在高分辨率透射電鏡下發(fā)現(xiàn)至今。碳納米管是一種新型的碳結構，為石墨的納米級晶體，能夠抽象地看作是由六邊形的石墨片圍繞中心軸以特定的角度螺旋而成的中空管狀結構，兩端封口。碳納米管的直徑一般不大于100nm，長度則可達微米級，因此其長徑比非常大，可以看作是一維量子材料。以其獨特的近似一維的管狀中空結構，特殊的力學、熱學、電磁學等性質以及在各領域中獨有的潛在的使用價值，快速成為化學、物理等學科的研究重點，引起了科學界的廣泛關注。

碳納米管及其網(wǎng)狀結構因具有特殊的微觀形貌及優(yōu)異的物理化學特性，在各領域中擁有廣闊的應用前景，然而，制備條件繁瑣，原料成本較高等因素卻限制了碳納米材料的發(fā)展。中國申請專利(申請?zhí)?00510017038.0)報道了以聚烯烴為碳源、含鎳催化劑和改性蒙脫土、分子篩助劑作用下合成碳納米管，但是該方法所用改性蒙脫土、分子篩價格較高，另外，使用氫氟酸去除蒙脫土和分子篩提純碳納米管對環(huán)境造成了污染。本發(fā)明中，納米級炭黑的加入不但能提高碳納米管產(chǎn)率，其自身還可作為碳納米管的形成原料。采用Co‐Mo雙金屬催化劑，使所制備的碳納米管擁有小管徑，窄分布和超高長徑比的特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碳納米管的制備方法。本發(fā)明采用聚烯烴和回收聚烯烴為碳源，負載型雙金屬Co‐Mo為催化劑，以炭黑為添加劑，在惰性氣氛下催化裂解制備碳納米管，使廢舊塑料得到再回收利用，緩解“白色污染”。

本發(fā)明制備碳納米管的步驟和條件如下：

(a)Co‐Mo/MgO催化劑的制備

用高速粉碎機將硝酸鈷、鉬酸銨、硝酸鎂粉碎后在研缽中充分研磨，按摩爾比為1‐10份鈷、0.05‐2.5份鉬和1‐10份鎂混合后用適量聚乙二醇200溶解，充分攪拌，靜置24h后放入650℃馬弗爐中煅燒1h，收集產(chǎn)品，冷卻至室溫，用研缽研磨成粒徑約1μm的粉末，即得負載型雙金屬Co‐Mo/MgO催化劑。

(b)聚烯烴‐炭黑‐催化劑混合物的制備

將聚烯烴、炭黑和步驟(a)制備的催化劑在轉矩流變儀中于160‐200℃，轉速50轉/秒熔融混合5‐10分鐘，制得聚烯烴混合物；其中按質量組成比，聚烯烴為60‐98％，炭黑為1‐20％，催化劑為1‐20％。

(c)碳納米管的制備與提純

將步驟(b)制備的聚烯烴混合物放入石英管中，通15min流量為50mL/min的氮氣置換管內(nèi)空氣后將石英管放入已升溫至800‐1000℃的管式電阻爐內(nèi)。10min后取出石英管，冷卻至室溫，停止通氮氣，收集黑色碳產(chǎn)物即為碳納米管產(chǎn)品。

將所得的碳納米管產(chǎn)物在HCl溶液中回流煮沸大于6小時，以除去催化劑殘留物，然后洗滌至pH中性，并在110℃下干燥24小時，得到提純的碳納米管。