CN111468093A - 一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,将钴源离子交换到离子交换树脂中,在较低温度下,在氮气中进行碳化,可以生长出碳纳米管,并保持离子交换树脂原有的整体式结构。该方法对设备要求低,操作简单,获得的碳纳米管整体式催化剂石墨化程度好,机械强度高,易于分离和使用。
Description
技术领域
本发明属于碳纳米管的制备技术领域,涉及一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法。
背景技术
碳纳米管作为一种碳的纳米材料,因其重量轻,具有优异的力学、电学和化学性能,受到很大的关注。近年来,使用化学气相沉积法进行碳纳米管的合成越来越成熟,已经可以进行较大规模的生产。
然而化学气相沉积法制备碳纳米管仍然存在着一些不足,例如制备出来的碳纳米管直径不均匀,石墨化程度较低,缺陷较多,拉伸强度偏小。粉末碳纳米管的化学气相沉积法合成过程具有一定的危险性,对设备要求高。
同时,制备出的粉末碳纳米管在使用中也有诸多困难,例如在过滤粉末碳纳米管时会产生极大的不便,对过滤的设备要求高,限制了其更广泛的应用。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的化学气相沉积法合成粉末碳纳米管时的制备成本高,操作复杂,能源消耗高的缺陷,从而提供一种制备过程简单,所用材料价格低廉,能够在催化和环境领域有更加广阔的应用前景的碳纳米管整体式催化剂的制备方法。
为此,本发明提供了一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)选取钴源,将钴源与离子交换树脂混合,经搅拌、抽滤、干燥后得到离子交换产物;
(2)将所述离子交换产物在氮气中进行碳化,得到碳化产物,将碳化产物经稀硝酸进行处理后,再经洗涤、抽滤、干燥后得到碳纳米管整体式催化剂。
优选的,所述钴源中的钴含量与离子交换树脂的质量比为0.02—0.04。
优选的,所述钴源为钴氰化钾水溶液,离子交换树脂为聚苯乙烯阴离子交换树脂。
优选的,钴氰化钾水溶液的浓度为0.03-0.04mol/L。
优选的,所述干燥温度为80℃。
优选的,所述干燥温度的升温速率为2-3℃/分。
优选的,所述碳化温度为700-800℃。
本发明的有益效果:
本制备方法工艺先进,设备要求低,合成温度相对较低,制备速度快,产物为黑色,是由碳纳米管组成的毫米级整体式催化剂,比表面积高,是一种十分理想的制备碳纳米管的方法。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例1得到催化剂的氮气吸附等温线图;
图2为本发明实施例1得到催化剂的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
本发明提供的一种简单的方法制备碳纳米管整体式催化剂,实现成本较低,操作简便、能源消耗低。碳纳米管整体式催化剂的制备方法相对于化学气相沉积法合成粉末碳纳米管的方法更具有安全性。整体式催化剂堆密度大,空隙分布均匀,对气流的阻力小,这些特性能够扩宽碳纳米管的应用范围。而碳纳米管整体式催化剂的制备过程简单,所用材料价格低廉,使其能够在催化和环境领域有更加广阔的应用前景。
一种碳纳米管的整体式催化剂,将钴源,离子交换到离子交换树脂中,在较低温度下,在氮气中进行碳化,可以生长出碳纳米管,并保持离子交换树脂原有的整体式结构。该方法对设备要求低,操作简单,获得的碳纳米管整体式催化剂石墨化程度好,机械强度高,易于分离和使用。
本发明采用下述技术方案:一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,该制备方法所需的化学物质材料包括:钴氰化钾、聚苯乙烯阴离子交换树脂、高纯氮气、稀硝酸、去离子水,制备方法包括如下步骤:
(1)钴氰化钾溶于去离子水中,形成溶液;钴氰化钾为常见的钴源,本申请的技术方案提供的制备方法选用其他的钴酸盐也可以实现;
(2)向溶液中加入聚苯乙烯阴离子交换树脂,进行搅拌;阴离子交换树脂价格低廉,可以和钴源很好的结合。
(3)用去离子水对样品进行抽滤,;
(4)在80℃烘箱中进行干燥;
(5)在高纯氮气中升温至700-800℃,保持数小时进行碳纳米管的生长;该方法中的碳化温度远远低于现有技术中的碳化温度;很大程度上节省了能源。
(6)用稀硝酸进行处理后,再进行洗涤、抽滤、干燥,即得碳纳米管整体式催化剂产品。
实施例1
将0.5克±0.03克钴氰化钾溶于40毫升去离子水中,并在400转/分的磁力搅拌器中搅拌;待钴氰化钾完全溶解后,向烧杯中加入3克±0.05克聚苯乙烯阴离子交换树脂,进行搅拌6个小时;使用500毫升去离子水对样品进行抽滤;在80℃烘箱中干燥12小时;把样品放入瓷舟,瓷舟放置在管式炉中部,在高纯氮气中以升温速率为3℃/分,直至升温至800℃,保持5小时。程序自动降温得到的样品用稀硝酸进行处理后,再用去离子水对样品进行洗涤和抽滤,在80℃烘箱中干燥12小时,即得碳纳米管整体式催化剂产品。该产品的比表面积为185m2/g,其氮气吸附等温线如图1所示,说明了通过该方法制备的催化剂具有一定的比表面积。图2为该产品的扫描电子显微镜照片,可以看见形成的是由碳纳米管组成的整体式催化剂。
该碳纳米管整体式催化剂产品应用在催化乙苯脱氢制苯乙烯中,可以获得40%以上较高的苯乙烯产率。
实施例2
将0.5克±0.03克钴氰化钾溶于40毫升去离子水中,并在400转/分的磁力搅拌器中搅拌;待钴氰化钾完全溶解后,向烧杯中加入3克±0.05克聚苯乙烯阴离子交换树脂,进行搅拌6个小时;使用500毫升去离子水对样品进行抽滤;在80℃烘箱中干燥12小时;把样品放入瓷舟,瓷舟放置在管式炉中部,在高纯氮气中升温速率为3℃/分,直至升温至700℃,保持5小时。程序自动降温得到的样品用稀硝酸进行处理后,再用去离子水对样品进行洗涤和抽滤,在80℃烘箱中干燥12小时,即得碳纳米管整体式催化剂产品。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)选取钴源,将钴源与离子交换树脂混合,经搅拌、抽滤、干燥后得到离子交换产物;
(2)将所述离子交换产物在氮气中进行碳化,得到碳化产物,将碳化产物经稀硝酸进行处理后,再经洗涤、抽滤、干燥后得到碳纳米管整体式催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,所述钴源中的钴含量与离子交换树脂的质量比为0.02—0.04。
3.根据权利要求1所述的一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,所述钴源为钴氰化钾水溶液,离子交换树脂为聚苯乙烯阴离子交换树脂。
4.根据权利要求3所述的一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,所述钴氰化钾水溶液的浓度为0.03-0.04mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,所述干燥温度为80℃。
6.根据权利要求1所述的一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,所述干燥温度的升温速率为2-3℃/分。
7.根据权利要求1所述的一种碳纳米管整体式催化剂的制备方法,其特征在于,所述碳化温度为700-800℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200731 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |