[发明专利]制备多孔碳纤维的无载体铜锌合金催化剂及其制备和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备多孔碳纤维的无载体铜锌合金催化剂及其制备和使用方法。

背景技术

多孔碳纤维是一维结构材料与纳米材料的典型代表之一，并且由于其具有极高的比表面积，优异且独一无二的机械、热学和电学性能等而一直成为国内外研究的热点。而化学气象沉积法(CVD)由于其产量高，操作简单，投资少，是目前最有希望成为工业化大量生产多孔碳纤维的方法，该方法通常使用带有载体的金属催化剂，通过在固定床上裂解有机气体，进行气固相非均相反应，最终得到多孔碳纤维，金属铜在合成时一般通过碱金属掺杂并且在有载体时才能发挥催化作用，但由于碱金属腐蚀性较强，而且载体在产物中不易去除，因此不利于大规模普及。目前还未见有用无载体的铜锌合金催化剂制备多孔碳纤维的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备多孔碳纤维方法简单，无腐蚀性，产物易提纯的无载体铜锌合金催化剂及其制备和使用方法。

本发明的制备多孔碳纤维的无载体铜锌合金催化剂由铜和锌两种金属的氧化物组成，其中铜和锌的摩尔比为铜∶锌＝9∶1。

上述的铜氧化物和锌氧化物分别是铜盐和锌盐形成的氧化物。

本发明的无载体铜锌合金催化剂的制备步骤如下：按摩尔比取铜的金属盐、锌的金属盐和等同于铜摩尔数的柠檬酸，在蒸馏水中混合溶解形成透明溶液，加热搅拌形成凝胶后置入瓷舟，在马弗炉中500～800℃加热5～60分钟，形成的粉末冷却后，研磨。

上述的铜的金属盐可以是硝酸铜、硫酸铜或氯化铜。锌的金属盐可以是硝酸锌、硫酸锌或氯化锌。

本发明的无载体铜锌合金催化剂用于制备多孔碳纤维在固定床气体连续流动反应装置中进行。将一定量的无载体铜锌合金催化剂放入温度为500～1000℃的固定床气体连续流动反应炉中，通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的流量比为50～100∶300～500，反应10分钟～60分钟，收集产物即为多孔碳纤维。

本发明提供的铜锌合金催化剂没有加入任何载体，并且该催化剂由铜锌两种金属的氧化物组成，没有加入常规铜催化剂所需的碱金属，因此，用该催化剂制备多孔碳纤维方法简单，大大降低了最终产物提纯的难度，也无任何腐蚀性，易于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制得的多孔碳纤维透射电镜图(TEM)；

图2为实施例2制得的多孔碳纤维透射电镜图(TEM)。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明。

实施例1：

按摩尔比铜∶锌＝9∶1的比例称取硝酸铜，硝酸锌和等同于铜摩尔数的柠檬酸，在蒸馏水中混合溶解形成透明溶液，加热搅拌形成凝胶后置入瓷舟，在马弗炉中500℃加热5分钟，形成的粉末冷却后，研磨，得到无载体铜锌合金催化剂。多孔碳纤维的制备在固定床连续流动反应炉上进行。将0.5克无载体铜锌合金催化剂放入温度为500℃的固定床气体连续流动反应炉中段恒温区，通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的流量比为50∶300，反应10分钟后，收集产物即为多孔碳纤维。该产品的透射电镜照片如图1所示。

实施例2：

按摩尔比铜∶锌＝9∶1的比例称取硫酸铜，硫酸锌和等同于铜摩尔数的柠檬酸，在蒸馏水中混合溶解形成透明溶液，加热搅拌形成凝胶后置入瓷舟，在马弗炉中700℃加热30分钟，形成的粉末冷却后，研磨，得到无载体铜锌合金催化剂。将1.5克无载体铜锌合金催化剂放入温度为800℃的固定床气体连续流动反应炉中段恒温区，通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的流量比为80∶400，反应30分钟后，收集产物即为多孔碳纤维。该产品的透射电镜照片如图2所示。

实施例3：

按摩尔比铜∶锌＝9∶1的比例称取氯化铜，氯化锌和等同于铜摩尔数的柠檬酸，在蒸馏水中混合溶解形成透明溶液，加热搅拌形成凝胶后置入瓷舟，在马弗炉中800℃加热60分钟，形成的粉末冷却后，研磨，得到无载体铜锌合金催化剂。将2克无载体铜锌合金催化剂放入温度为1000℃的固定床气体连续流动反应炉中段恒温区，通入乙炔和氮气，乙炔和氮气的流量比为100∶500，反应60分钟后，收集产物即为多孔碳纤维。