CN107626334A - 一种碳纳米管催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以氯化银为载体的催化剂。该碳纳米管催化剂的制备方法包括以下步骤：（1）按照质量份数将以金属元素计1～120份的铁、钴、镍的化合物中的至少一种、以钒元素计1～10份含钒元素的化合物等溶解于溶剂中形成混合溶液；（2）避光条件下，称取质量份数为20‑30份的氯化银，缓慢加入上述混合溶液中；加热至60‑80℃，搅拌形成凝胶溶液；（3）混炼处理1～12h，得到催化剂前躯体；（4）将所述催化剂前躯体置入保护性气体的氛围中在300～400℃温度下烧结1～2h制得碳纳米管催化剂。本方法制备的催化剂活性高；使用该催化剂通过化学气相沉积法制备的碳纳米管的管径较小、管径均一、质量高，且因为氯化银的熔点低，纳米管粗品易于纯化。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管的技术领域，尤其涉及以氯化银为载体的碳纳米管催化剂的制备。
背景技术
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
常用的碳纳米管制备方法主要有:电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法(碳氢气体热解法)、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。
纳米级的高分散的催化剂是化学气相沉积法获得高质量碳纳米管的关键，其粒径对碳管的直径也有很大影响。现有技术的催化剂活性不高；而且催化剂粒径可控性较差，制备的碳纳米管的管径分布范围较大，且不易纯化。
发明内容
本发明提供一种碳纳米管催化剂的制备方法，该方法制备的催化剂活性好，粒径可控性较强，易于纯化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种碳纳米管催化剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照质量份数将以金属元素计1～120份的铁、钴、镍的化合物中的至少一种、以钒元素计1～10份含钒元素的化合物、以铝元素计10～60份的含铝化合物、以钼元素计1～15份的含钼化合物、以金属元素计1～20份的铜、锌的化合物中的至少一种溶解于溶剂中形成混合溶液；
（2）避光条件下，称取质量份数为20-30份的氯化银，缓慢加入上述混合溶液中；加热至60-80℃，搅拌形成凝胶溶液；
（3）将上述凝胶溶液在120～160℃下进行混炼处理1～12h，得到催化剂前躯体；
（4）将所述催化剂前躯体置入保护性气体的氛围中在300～400℃温度下烧结1～2h制得碳纳米管催化剂。
进一步的，所述保护性气体为氦气或氩气，流速为3～12L/h。
进一步的，所述碳纳米管催化剂是以氯化银为载体，将金属元素负载于氯化银表面。
有益效果： 由于采用的是氯化银作为载体，这种新型载体不易腐蚀，利用氯化银与金属离子混合形成凝胶溶液，烧结后金属离子均匀分布在氯化银表面，使得催化剂的活性显著提高；而且所制备的碳纳米管催化剂的粒径可控性较强，催化剂的粒径分布范围窄，使用该催化剂通过化学气相沉积法制备的碳纳米管的管径较小、管径均一、质量高，且因为氯化银的熔点低，纳米管粗品易于纯化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：取100份质量的纯水，含有5份质量钴元素的硝酸钴，含有10份质量铝元素的硝酸铝，含有1份质量钼元素的硝酸钼，含有5份质量钒元素的硝酸钒，含有5份质量锌元素的硝酸锌搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入20份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于120℃的温度下混炼2h,得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧2h，温度为300℃，通氩气，气体流速3L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在30～40nm之间。
实施例2：取100份质量的纯水，含有60份质量铁素的硝酸铁，含有50份质量镍元素的硝酸镍，含有10份质量铝元素的硝酸铝，含有5份质量钼元素的硝酸钼，含有2份质量钒元素的硝酸钒，含有8份质量锌元素的硝酸锌搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入25份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于150℃的温度下混炼1h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧1h，温度为400℃，通氦气，气体流速5L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在35～50nm之间。
实施例3：取100份质量的纯水，含有100份质量铁素的硝酸铁，含有20份质量铝元素的硝酸铝，含有8份质量钼元素的硝酸钼，含有10份质量钒元素的硝酸钒，含有10份质量锌元素的硝酸锌搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入30份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于160℃的温度下混炼2h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧1h，温度为350℃，通氦气，气体流速10L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在40～60nm之间。
实施例4：取100份质量的纯水，含有80份质量铁素的硝酸铁，含有20份质量钴素的硝酸钴，含有10份质量铝元素的硝酸铝，含有10份质量钼元素的硝酸钼，含有7份质量钒元素的硝酸钒，含有10份质量锌元素的硝酸锌，含有10份质量铜元素的硝酸铜搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入20份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于150℃的温度下混炼1h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧2h，温度为300℃，通氦气，气体流速12L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在40～50nm之间。
实施例5：取100份质量的纯水，含有60份质量铁素的硝酸铁，含有60份质量钴元素的硝酸钴，含有10份质量铝元素的硝酸铝，含有12份质量钼元素的硝酸钼，含有7份质量钒元素的硝酸钒，含有10份质量锌元素的硝酸锌，含有10份质量铜元素的硝酸铜搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入28份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于150℃的温度下混炼1h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧2h，温度为400℃，通氦气，气体流速12L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在30～45nm之间。
实施例6：取100份质量的纯水，含有30份质量铁素的硝酸铁，含有60份质量钴元素的硝酸钴，含有30份质量镍素的硝酸镍，含有30份质量铝元素的硝酸铝，含有14份质量钼元素的硝酸钼，含有4份质量钒元素的硝酸钒，含有5份质量锌元素的硝酸锌，含有15份质量铜元素的硝酸铜搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入30份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于130℃的温度下混炼1h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧2h，温度为400℃，通氦气，气体流速7L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在50～65nm之间。
实施例7：取100份质量的纯水，含有20份质量铁素的硝酸铁，含有80份质量钴元素的硝酸钴，含有50份质量铝元素的硝酸铝，含有15份质量钼元素的硝酸钼，含有8份质量钒元素的硝酸钒，含有8份质量锌元素的硝酸锌，含有10份质量铜元素的硝酸铜搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入26份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于140℃的温度下混炼1h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧2h，温度为350℃，通氦气，气体流速4L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在30～40nm之间。
实施例8：取100份质量的纯水，含有20份质量铁素的硝酸铁，含有20份质量钴元素的硝酸钴，含有60份质量铝元素的硝酸铝，含有3份质量钼元素的硝酸钼，含有10份质量钒元素的硝酸钒，含有10份质量锌元素的硝酸锌，含有5份质量铜元素的硝酸铜搅拌溶解至溶液透明，避光条件下，边搅拌边缓慢加入25份氯化银，加热溶液至60-80℃，搅拌使其形成凝胶溶液；然后在密炼机中于120℃的温度下混炼1h，得到催化剂前驱体。将前驱体粉碎后在管式炉中进行煅烧1h，温度为400℃，通氦气，气体流速7L/h，制得碳纳米管催化剂。此法制得的碳纳米管催化剂的粒径分布范围窄，在45～60nm之间。
Claims (4)
1.一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照质量份数将以金属元素计1～120份的铁、钴、镍的化合物中的至少一种、以钒元素计1～10份含钒元素的化合物、以铝元素计10～60份的含铝化合物、以钼元素计1～15份的含钼化合物、以金属元素计1～20份的铜、锌的化合物中的至少一种溶解于溶剂中形成混合溶液；
（2）避光条件下，称取质量份数为20-30份的氯化银，缓慢加入上述混合溶液中；加热至60-80℃，搅拌形成凝胶溶液；
（3）将上述凝胶溶液在120～160℃下进行混炼处理1～12h，得到催化剂前躯体；
（4）将所述催化剂前躯体置入保护性气体的氛围中在300～400℃温度下烧结1～2h制得碳纳米管催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，所述保护性气体为氦气或氩气，流速为3～12L/h。
3.一种如权利要求1或2所述的碳纳米管催化剂的制备方法所制备的碳纳米管催化剂。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管催化剂的制备方法所制备的碳纳米管催化剂，其特征在于：所述碳纳米管催化剂是以氯化银为载体，将金属元素负载于氯化银表面。
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