一种在纳米零价铁上直接生长碳纳米管的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116002667A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310136198.5(22)申请日2023.02.20(71)申请人常州六边形纳米科技有限公司地址213127江苏省常州市新北区东海路202号(72)发明人郭池弓晓晶(74)专利代理机构常州市英诺创信专利代理事务所(普通合伙)32258专利代理师李楠(51)Int.Cl.C01B32/162(2017.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种在纳米零价铁上直接生长碳纳米管的方法(57)摘要本发明公开了一种在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，用于碳纳米材料的技术领域。具体方法如下：将盛放有纳米零价铁的刚玉舟放置在卧式反应炉的恒温区，将碳源乙醇、促进剂噻吩和水的混合溶液通过微量注射泵或雾化器注入载气气流中，高温下生成单壁碳纳米管。本发明的优点在于：相比较于其他方法，使用纳米零价铁作为催化剂，可避免氢气的使用，提高了反应的安全性，同时提高了催化剂的利用率，保证了单壁碳纳米管纯度。CN116002667ACN116002667A权利要求书1/1页1.一种在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征在于，将盛放有纳米零价铁催化剂的刚玉舟放置在卧式反应炉的恒温区，将碳源、促进剂通过微量注射泵或雾化器注入载气气流中，由气体携入反应区，高温下生成连续单壁碳纳米管；其中所述的载气为氩气、氮气或其混合气体；促进剂包括噻吩、水、硫化氢、二硫化碳或其混合物。2.根据权利要求1所述的在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征是，所述的碳源为含碳气体或含碳的有机物。3.根据权利要求2所述的在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征是，所述的碳源为甲醇或乙醇。4.根据权利要求1所述的在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征是，所述的高温为1050‑1300℃。5.根据权利要求1所述的在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征是，促进剂为噻吩。6.根据权利要求1所述的在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征是，载气气流为400‑2000ml/min。7.根据权利要求1所述的在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，其特征是，所述的纳米零价铁为球形，直径为2‑4nm。2CN116002667A说明书1/2页一种在纳米零价铁上直接生长碳纳米管的方法技术领域[0001]本发明涉及一种在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，具体是一种利用化学气相沉积法连制备单壁碳纳米管的方法，用于碳纳米材料的技术领域。背景技术[0002]目前高温化学气相沉积法是制备单壁碳纳米管最稳定的方法，化学气相沉积法常以乙醇为碳源、二茂铁为催化剂、噻吩和水作为促进剂，同时在氢气或惰性气体气氛下制备连续单壁碳纳米管。这种方法催化剂利用率低，纤维纯度不高，并且氢气的使用使反应存在安全隐患。CN202110370048.1制备碳纳米管的催化剂有金属单质和化合物，金属单质有Fe、Co、Ni、Mo、Cr、Cu、Pt等，也可以用双金属、多金属和合金作为催化剂，化合物包括上述金属的盐、氧化物等。负载型金属催化剂有可很好的解决金属单质催化剂颗粒的团聚、富集等问题。可见已有金属单质作为催化剂，存在团聚、富集导致催化活性低的问题。因此如何直接以纳米零价铁为催化剂，在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管，是本发明所要解决的技术问题。纳米零价铁催化剂的应用可解决二茂铁反应安全性和对纤维纯度的提高具有重要意义。发明内容[0003]本发明提供了一种在纳米零价铁上直接生长单壁碳纳米管的方法，该方法可以克服现有技术的缺点，实现高纯单壁碳纳米管的连续生产。该方法提高了安全性，降低了生产成本。[0004]本发明通过如下技术方案予以实现。[0005]将盛放有催化剂纳米零价铁的刚玉舟放置在卧式反应炉的恒温区。将碳源和促进剂的混合溶液用微量注射泵注入载气气流中，在高温合成反应器中进行反应，生成连续单壁碳纳米管。[0006]进一步，碳源为碳氢气体、含碳有机物或混合碳源。碳氢气体包括一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯和乙炔等；含碳有机物包括甲醇、乙醇、乙醚、苯、二甲苯、正己烷等。混合碳源包括碳氢气体之间的混合，碳氢气体与含碳有机物之间的混合，含碳有机物之间的混合。进一步，催化剂为铁、钴、镍、铜、金等金属的纳米零价单质，包含纳米零价铁、纳米零价铜等及其混合物。进一步优选催化剂为铁。进一步，促进剂包括噻吩、水、硫化氢、二硫化碳等或其混合物。进一步，载气为氩气、氮气、氦气或其混合，载气气流为400‑2000ml/min。[0007]进一步，高温为800‑1500℃，优选1050‑1300℃。进一步，金属单质催化剂的粒径为2‑4nm。微量注射泵将注