[发明专利]一种高长径比碳纳米管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高长径比碳纳米管及其制备方法。其技术方案是：按催化剂∶无水乙醇的质量比为（0.0025~0.025）∶1，将所述催化剂溶于无水乙醇中，搅拌或超声分散，制得溶液。按所述溶液∶沥青粉体的质量比为(0.5~2)∶1，将溶液匀速加入沥青粉体中，加入时间为0.2~0.8h，浸渍12~48h，制得沥青负载催化剂前驱体。将沥青负载催化剂前驱体在室温~100℃条件下干燥2~48h，然后在600~1200℃条件下热处理1~6h，制得高长径比碳纳米管。所述催化剂为含有铁、钴和镍一种以上的物质。本发明制备工艺简单、环境友好、易于控制和生产成本低；所制备的高长径比碳纳米管管壁光滑、形貌长直、分散均匀、纯度高和无需后续处理，适宜于批量生产。

技术领域

本发明属于碳纳米管技术领域。具体涉及一种高长径比碳纳米管及其制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种一维纳米碳材料。具有强度高、韧性好、热导率高、导电性好和比表面积大等优异性能，广泛应用于催化剂载体、电极材料、纳米器件和复合材料增强等领域。碳纳米管的制备方法通常包括电弧放电法、激光蒸发法和化学气相淀积法（CVD）等。石墨、乙炔和乙烯等碳氢类气体化合物是常见的碳源。目前，碳纳米管生产条件苛刻，工艺流程复杂，价格居高不下。

“一种分叉碳纳米管材料的制备方法”（CN102992302A）专利技术，以氧化石墨为碳源，以氯铂酸、氯化铂、氯钯酸或氯化钯为催化剂，在碱性环境中，加入硼氢化钠或肼，常温下反应8-12h，制得分叉碳纳米管。该方法工艺繁琐、耗时长且催化剂成本昂贵，两端分叉的结构缺陷也限制了在材料结构要求较高的领域的应用。

“一种基于固相热解的碳纳米管制备方法”（CN104555986A）专利技术，采用Sonogarshira及其它反应合成具有含氧基团和碳碳三键的有机金属Co化合物作为原料，然后将置于密闭真空容器中程序控温热解，最后将纳米球转变为碳纳米管。该方法制备的碳纳米管团聚现象严重、品质不高、需要进行后续分散处理、工艺流程复杂、生产成本高，不适应于工业生产。

“一种催化热解固态碳材料制碳纳米管的方法”（CN106006604B）专利技术，以固态碳为母料，以碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾和氢氧化钾为催化剂，采用高温高压水热方法制得碳纳米管。该方法制备的碳纳米管反应流程繁琐、工艺复杂、条件苛刻、所得产物纯度低，需要进行后续提纯处理，增加了生产成本。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种工艺简单、环境友好、易于控制和生产成本低的高长径比碳纳米管制备方法，用该方法制备的高长径比碳纳米管管壁光滑、形貌长直、分散均匀、纯度高和无需后续处理，适宜于批量生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的制备步骤是：

步骤一、按催化剂∶无水乙醇的质量比为（0.0025~0.025）∶1，将所述催化剂溶于无水乙醇中，搅拌或超声分散2~30min，制得溶液。

步骤二、按所述溶液∶沥青粉体的质量比为(0.5~2)∶1，将所述溶液匀速加入所述沥青粉体中，加入时间为0.2~0.8h，浸渍12~48h，制得沥青负载催化剂前驱体。

步骤三、将所述沥青负载催化剂前驱体在室温~100℃条件下干燥2~48h，然后在600~1200℃条件下热处理1~6h，制得高长径比碳纳米管。

所述催化剂为含有铁、钴和镍一种以上的物质。

所述无水乙醇为工业纯或为分析纯。

所述沥青粉体的残炭率≥50%；所述沥青粉体的粒径≤2mm。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：

1、本发明在常压下即可进行，无需专用设备，能快速投产，工艺简单、易于控制和操作安全简便。