本發(fā)明涉及碳納米材料，具體涉及一種高純度多壁碳納米管的制備方法。

背景技術：

1、多壁碳納米管的制備方法主要有電弧放電法、激光蒸發(fā)法和化學氣相沉積法(chemical?vapor?deposition,cvd)等，除此三種常用方法外,還有電子東輻射法、電解法和熱解聚合物法等。

2、影響cvd法合成多壁碳納米管反應的因素較多,尤其是催化劑的選擇,對多壁碳納米管的轉(zhuǎn)化率、電化學性質(zhì)和管徑及其分布等均有重要影響,例如,燒結(jié)后催化劑的活性組分會團聚為顆粒,導致轉(zhuǎn)化率低、多壁碳納米管直徑分布不均勻。

3、用于制備多壁碳納米管催化劑的常用方法有浸漬法和沉淀法。浸漬法常用的催化劑載體有蛭石、蒙脫石等天然礦物,使用這些礦物所得到的催化劑,其單位催化劑合成多壁碳納米管的產(chǎn)率僅為10倍左右,且其中的金屬元素及硅含量較高后期酸洗純化的工藝復雜；沉淀法獲得的催化劑,經(jīng)氣相沉積合成的多壁碳納米管多為纏繞型單位催化劑合成多壁碳納米管的產(chǎn)率可達30倍左右,但管徑為20nm左右。且常用沉淀法中,可用于調(diào)控催化劑結(jié)構(gòu)及性能的因子較單一,難以提高催化劑的反應效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高純度多壁碳納米管的制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種高純度多壁碳納米管的制備方法，所述高純度多壁碳納米管的制備步驟為：

4、(1)、將自制催化劑加入至碳源溶劑中，即得混合溶液；

5、(2)、往步驟(1)制得的混合溶液中加入助催化劑，即得有機混合溶液；

6、(3)、往微波等離子云設備通入載氣，然后將步驟(2)制得的有機混合溶液注射至微波等離子云設備中，等離子云設備中制得多壁碳納米管，即得高純度多壁碳納米管。

7、步驟(1)所述自制催化劑的制備過程為：

8、a、按重量份數(shù)計，取3-5份硝酸鈷六水合物、3-5份硝酸釔六水合物和50-80份去離子水，將硝酸鈷六水合物和硝酸釔六水合物加入去離子水中，于轉(zhuǎn)速為600-800r/min條件下，攪拌溶解30-40min，得前驅(qū)體溶液；

9、b、將硝酸鈷六水合物質(zhì)量5-8倍的氧化鎂載體加入到前驅(qū)體溶液，于轉(zhuǎn)速為600-800r/min條件下，攪拌混合30-50min，得浸漬前驅(qū)體混合物；

10、c、將浸漬前驅(qū)體混合物轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，在0.1?-0.3mpa的真空度和45-55℃的條件下蒸干水分，在80-90℃干燥12?-18h后，催化劑在馬弗爐中600-750℃焙燒2-3h，即得自制催化劑。

11、步驟b所述氧化鎂載體是通過堿式碳酸鎂500-560℃熱解1-2h制備。

12、步驟(1)所述碳源溶劑為甲醇、乙醇、四氫呋喃或乙酸丁酯中的任意一種。

13、步驟(2)所述助催化劑為甲硫醇或苯硫酚中的任意一種。

14、步驟(2)所述自制催化劑與助催化劑質(zhì)量比為160：-300：1。

15、步驟(3)所述有機混合溶液注射速度為10-20ml/min。

16、步驟(3)所述載氣為氫氣、甲烷和氮氣混合載氣。

17、步驟(3)所述氫氣流量為2-30l/min，甲烷流量為5-20l/min，氮氣流量為10-70l/min。

18、綜上所述，由于采用了上述技術，本發(fā)明的有益效果是：

19、(1)本發(fā)明利用自制催化劑,活性金屬顆粒固定在載體上，強的金屬-載體相互作用將使多壁碳納米管將按照底部生長模式進行生長,在這種生長機制中,甲烷分解發(fā)生在催化劑的下表面，溶解碳向上擴散，通過高熔點金屬的分散錨定與氧化鎂載體的支撐作用的耦合效應，能夠獲得尺寸分布均勻的催化劑顆粒，活性位點豐富,且經(jīng)煅燒后不易發(fā)生團聚,充分滿足了高產(chǎn)率制備多壁碳納米管的先決條件，且多壁碳納米管純度較高。

20、(2)采用本發(fā)明制備的催化劑,通過cvd法生產(chǎn)多壁碳納米管陣列的工藝簡單易操作，同時轉(zhuǎn)化率高、多壁碳納米管直徑分布均勻。

技術特征：

1.一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，所述高純度多壁碳納米管的制備步驟為：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述自制催化劑的制備過程為：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟b所述氧化鎂載體是通過堿式碳酸鎂500-560℃熱解1-2h制備。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述碳源溶劑為甲醇、乙醇、四氫呋喃或乙酸丁酯中的任意一種。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述助催化劑為甲硫醇或苯硫酚中的任意一種。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述自制催化劑與助催化劑質(zhì)量比為160：-300：1。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述有機混合溶液注射速度為10-20ml/min。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述載氣為氫氣、甲烷和氮氣混合載氣。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種高純度多壁碳納米管的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述氫氣流量為2-30l/min，甲烷流量為5-20l/min，氮氣流量為10-70l/min。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高純度多壁碳納米管的制備方法，涉及碳納米材料技術領域。本發(fā)明將自制催化劑加入至碳源溶劑中，即得混合溶液；往制得的混合溶液中加入助催化劑，即得有機混合溶液；往微波等離子云設備通入載氣，然后將制得的有機混合溶液注射至微波等離子云設備中，等離子云設備中制得多壁碳納米管，即得高純度多壁碳納米管。本發(fā)明通過自制催化劑，使得多壁碳納米管產(chǎn)率和純度都得到進一步的提升。

技術研發(fā)人員：竇曉,李后銀,陳軒,李洪凱
受保護的技術使用者：蘇州長信科原新材料有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6