本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料，具體涉及一種導(dǎo)電性好的碳納米管及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、碳納米管(carbon?nanotubes,?cnts)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，它的徑向尺寸可達(dá)到納米級(jí)，軸向尺寸為微米，管的兩端一般都封口，相互連接的碳原子層卷曲而成的管狀結(jié)構(gòu)，直徑從一納米到幾十納米不等，長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)厘米。碳納米管作為一種優(yōu)異的導(dǎo)電材料，在電子、能源、通信等領(lǐng)域顯示出極具潛力的應(yīng)用價(jià)值。目前現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、化學(xué)氣相沉積法、激光蒸發(fā)法、模版法等。如何制備純度較高、結(jié)構(gòu)缺陷少的碳納米管是對(duì)其進(jìn)行深入研究應(yīng)用的前提條件，如何獲得操作易控、生產(chǎn)成本低、原料利用率高、結(jié)構(gòu)缺陷少、純度高的制備方法還需進(jìn)一步深入研究；在生產(chǎn)制備中部分碳原子的缺失使得制得的碳納米管含有較多的缺陷，使其導(dǎo)電性降低，進(jìn)而限制了其在對(duì)碳納米管質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域中的應(yīng)用。但現(xiàn)有的制備方法其過(guò)程依然較為繁瑣且耗時(shí)久，此外所制備出的碳納米管的導(dǎo)電性依然不佳，難以滿(mǎn)足導(dǎo)電行業(yè)、電極導(dǎo)電行業(yè)、透光率高的導(dǎo)電行業(yè)等領(lǐng)域的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種導(dǎo)電性好的碳納米管及其制備方法。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種導(dǎo)電性好的碳納米管，所述碳納米管的制備原料包括以下組分：碳?xì)浠衔?、催化劑?/p>

4、進(jìn)一步地，所述碳?xì)浠衔餅榧淄?、乙烯、乙炔、丙烯和乙烷中的至少一種。

5、進(jìn)一步地，所述催化劑的制備方法，包括以下步驟：

6、(1)?取六水合氯化鎂和鋁酸鈉(na2al2o2)分別溶于去離子水中得到溶液a和溶液b，將溶液a和溶液b混合均勻，依次加入氫氧化鈉水溶液和碳酸鈉水溶液，500-600?rpm、80-90℃反應(yīng)30-40?min，靜置冷卻至室溫，抽濾，濾餅用去離子水洗滌，100℃真空干燥4-5?h，得到鎂鋁水滑石；

7、(2)?將3-氨基苯磺酸鈉加入去離子水中，300-400?rpm攪拌10?min后，加入步驟(1)所得鎂鋁水滑石，通入氮?dú)獠⒃?5℃下繼續(xù)攪拌2?h，抽濾，濾餅用去離子水洗滌，70℃干燥，得到改性水滑石；

8、(3)?將正丁酸加入去離子水中混勻，得到正丁酸溶液，將步驟(2)制得的改性水滑石與正丁酸溶液混合，200?rpm攪拌30-40?min，之后邊攪拌邊以0.5-1?ml/min的速度滴加金屬溶液，滴加完畢后持續(xù)攪拌30?min，逐滴加入硼氫化鈉水溶液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌1h，抽濾，濾餅25℃、真空度-0.09mpa下真空干燥8?h，得到催化劑。

9、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述溶液a中六水合氯化鎂在去離子水中的質(zhì)量濃度為0.3-0.5?g/ml。

10、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述溶液b中鋁酸鈉在去離子水中的質(zhì)量濃度為0.06-0.1g/ml。

11、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述氫氧化鈉水溶液的濃度為4.5-7.5?mol/l。

12、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述碳酸鈉水溶液的濃度為0.3-0.5?mol/l。

13、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述溶液a和溶液b所用去離子水與氫氧化鈉水溶液和碳酸鈉水溶液的體積比為1:1:1:1。

14、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述3-氨基苯磺酸鈉與去離子水的用量比為1?g:15-20ml。

15、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述3-氨基苯磺酸鈉與鎂鋁水滑石的質(zhì)量比為1:10-12。

16、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述正丁酸溶液中正丁酸在去離子水中的質(zhì)量濃度為8-12mg/ml。

17、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述改性水滑石與正丁酸的質(zhì)量比為8:1。

18、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述金屬溶液的制備方法，包括以下步驟：取硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳加入去離子水中，300-400?rpm攪拌20?min，得到金屬溶液，硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳在去離子水中的質(zhì)量濃度分別為0.015-0.02?g/ml、0.04-0.05?g/ml和0.02-0.03?g/ml。

19、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述硼氫化鈉水溶液中硼氫化鈉在去離子水中的質(zhì)量濃度為0.04-0.06?g/ml。

20、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述硝酸鐵與正丁酸的質(zhì)量比為1:2。

21、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述硝酸鐵與硼氫化鈉的質(zhì)量比為2:0.8-1.2。

22、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了所述導(dǎo)電性好的碳納米管的制備方法，包括以下步驟：將催化劑置于管式爐中，通入氮?dú)猓凉苁綘t中氧含量0.2wt%，將氮?dú)鈸Q成碳?xì)浠衔餁怏w，氣體流速為1?l/min，管式爐以30℃/min速度升溫至750-800℃，保溫2.5-3?h后，停止加熱和通氣體，以1?l/min的流速通入氮?dú)猓掷m(xù)冷卻至管式爐溫度60-80℃，得到導(dǎo)電性好的碳納米管。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

24、本發(fā)明以改性鎂鋁水滑石作為催化劑載體，鎂鋁水滑石具有羥基等活性基團(tuán)，表面能較大，表面結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易產(chǎn)生氫鍵形成團(tuán)聚，導(dǎo)致粒子大小不均，影響催化效果，本發(fā)明通過(guò)將3-氨基苯磺酸鈉與鎂鋁水滑石插層組裝，3-氨基苯磺酸鈉以磺酸基插層負(fù)載到水滑石層板間，磺酸基團(tuán)插層改變了水滑石層間間距，且磺酸基團(tuán)具有較強(qiáng)的電荷密度，能夠增加層間的靜電排斥力，進(jìn)一步阻止團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，使催化劑材料更好的分散，改性的載體可以有效地分散金屬催化活性組分，增加催化活性位點(diǎn)的暴露密度；引入官能團(tuán)，提供更豐富的配位環(huán)境，更高效地與金屬活性組分產(chǎn)生配位作用。本發(fā)明通過(guò)改性水滑石作為載體負(fù)載金屬粒子，同時(shí)添加正丁酸，正丁酸的羧基、3-氨基苯磺酸鈉的氨基和金屬粒子間通過(guò)離子鍵和配位鍵鍵接，-coo-和-nh3+通過(guò)表面電荷性質(zhì)的不同產(chǎn)生靜電引力，-coo-中的羥基氧上有孤對(duì)電子，孤對(duì)電子進(jìn)入金屬粒子的空軌道發(fā)生共價(jià)配位結(jié)合；-nh3+中的n原子也存在孤對(duì)電子，同樣能夠提供孤對(duì)電子與金屬粒子形成配位鍵結(jié)合，因此形成了穩(wěn)定的三角形鍵合形式，使得金屬粒子穩(wěn)定、均勻的負(fù)載在載體上，與硼氫化鈉發(fā)生原位還原反應(yīng)后，能夠有效地降低金屬粒子浸出，提高活性中心的分散性，減輕金屬粒子的團(tuán)聚，增加催化劑活性位點(diǎn)，使得金屬活性位點(diǎn)利用率更高，提高催化活性，實(shí)現(xiàn)高倍率的單壁碳納米管的生長(zhǎng)；改性鎂鋁水滑石對(duì)金屬粒子的穩(wěn)定負(fù)載可以限制金屬的遷移聚并，避免金屬粒子團(tuán)聚，金屬粒子在載體上分布均勻，碳納米管可以較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)沉積生長(zhǎng)，從而保證所生成的碳納米管管徑和長(zhǎng)度均勻，長(zhǎng)徑比升高，提高碳納米管導(dǎo)電性，制得的碳納米管倍率高，金屬雜質(zhì)含量低。

技術(shù)特征：

1.一種導(dǎo)電性好的碳納米管，所述碳納米管的制備原料包括以下組分：碳?xì)浠衔?、催化劑?/p>

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性好的碳納米管，其特征在于，步驟(1)中，所述溶液a中六水合氯化鎂在去離子水中的質(zhì)量濃度為0.3-0.5?g/ml；溶液b中鋁酸鈉在去離子水中的質(zhì)量濃度為0.06-0.1?g/ml；氫氧化鈉水溶液的濃度為4.5-7.5?mol/l；碳酸鈉水溶液的濃度為0.3-0.5?mol/l；溶液a和溶液b所用去離子水與氫氧化鈉水溶液和碳酸鈉水溶液的體積比為1:1:1:1。

3.?根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電性好的碳納米管，其特征在于，步驟(2)中，所述3-氨基苯磺酸鈉與去離子水的用量比為1?g:15-20?ml；3-氨基苯磺酸鈉與鎂鋁水滑石的質(zhì)量比為1:10-12。

4.?根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電性好的碳納米管，其特征在于，步驟(3)中，所述正丁酸溶液中正丁酸在去離子水中的質(zhì)量濃度為8-12?mg/ml；改性水滑石與正丁酸的質(zhì)量比為8:1。

5.?根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)電性好的碳納米管，其特征在于，步驟(3)中，所述金屬溶液的制備方法，包括以下步驟：取硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳加入去離子水中，300-400?rpm攪拌20?min，得到金屬溶液，硝酸鐵、硝酸鈷和硝酸鎳在去離子水中的質(zhì)量濃度分別為0.015-0.02?g/ml、0.04-0.05?g/ml和0.02-0.03?g/ml。

6.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電性好的碳納米管，其特征在于，步驟(3)中，所述硼氫化鈉水溶液中硼氫化鈉在去離子水中的質(zhì)量濃度為0.04-0.06?g/ml；硝酸鐵與正丁酸的質(zhì)量比為1:2；硝酸鐵與硼氫化鈉的質(zhì)量比為2:0.8-1.2。

7.?一種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的導(dǎo)電性好的碳納米管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將催化劑置于管式爐中，通入氮?dú)?，將氮?dú)鈸Q成碳?xì)浠衔餁怏w，管式爐以30℃/min速度升溫至750-800℃，保溫2.5-3?h后，停止加熱和通氣體，以1?l/min的流速通入氮?dú)猓掷m(xù)冷卻至管式爐溫度60-80℃，得到導(dǎo)電性好的碳納米管。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電性好的碳納米管及其制備方法。所述碳納米管的制備原料包括以下組分：碳?xì)浠衔?、催化劑。本發(fā)明以改性鎂鋁水滑石作為催化劑載體，添加正丁酸，通過(guò)離子鍵和配位鍵鍵接金屬粒子，使得金屬粒子穩(wěn)定、均勻的負(fù)載在載體上，提高催化活性，實(shí)現(xiàn)高倍率的單壁碳納米管的生長(zhǎng)；保證所生成的碳納米管管徑和長(zhǎng)度均勻，長(zhǎng)徑比升高，制得的碳納米管導(dǎo)電性好，純度高。

技術(shù)研發(fā)人員：崔學(xué)章,崔磊磊,杜燦敏,宋振興,吳江勇,崔仕章,廉政璞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東安能泰油氣增產(chǎn)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9