CN115532268A - 一种铁系碳纳米管催化剂的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁系碳纳米管催化剂的制备及应用，由硝酸铁、硝酸镍、氧化镁、碳酸铵和氨水组成；本发明的催化剂制备方法通过将硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于去离子水中形成澄清溶液后与碱性溶液B进行混合，然后再对金属氢氧化物沉淀进行高温煅烧，使金属氢氧化物分解成金属氧化物，最终形成催化剂。该制备方法通过严格控制各个步骤的工艺条件以及各组分的配比，使制得的催化剂催化活性高，在该催化剂的催化作用下，碳纳米管转化率较高，倍率也较高，且制得的碳纳米管具有高导电性，该催化剂可有效降低碳纳米管的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，具体的说，尤其涉及一种铁系碳纳米管催化剂的制备及应用。
背景技术
碳纳米管具有优异的导电性、超高的力学强度、极高的化学稳定性和热稳定性等特点，可广泛应用于高性能复合材料、电容器、储氢、电磁吸波材料等领域。
目前，碳纳米管的制备方法主要有电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)等。除此三种常用方法外，还有电子束辐射法、电解法和热解聚合物法等。
其中，化学气相沉积法具有成本低、产量大、试验条件易于控制等优点，是目前最适于工业化大批量生产的方法。CVD法的原理为在含有碳源的气体流经催化剂表面时分解，并在有催化剂的一侧诱导形成碳纳米管结构。因此，在碳纳米管合成过程中，关键是选择合适的催化剂，但是现有的催化剂制得的碳纳米管转化率和产率偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁系碳纳米管催化剂的制备及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁系碳纳米管催化剂，由以下成分组成：40-70份硝酸铁、2-10份硝酸镍、50-80份氧化镁、25-40份碳酸铵和40-60份氨水。
一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，该方法按如下步骤进行：
步骤一、按重量份数计，40-70份硝酸铁、2-10份硝酸镍、50-80份氧化镁、25-40份碳酸铵和40-60份氨水，备用；
步骤二、将步骤一称取的硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于300重量份的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液A；
步骤三、将步骤一称取的碳酸铵和氨水溶于50重量份数的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液B；
步骤四、将溶液A和溶液B混合均匀，并搅拌使溶液A和溶液B完全反应；
步骤五、将溶液A和溶液B的混合溶液在600℃的条件下煅烧1h，得催化剂。
优选的，步骤四中，将溶液A和溶液B同时滴加入容器中，滴加过程中不断搅拌，控制滴加速度使溶液A和溶液B同时滴加完毕，然后搅拌1h。
优选的，步骤四中的搅拌速度为500r/min。
优选的，步骤五还包括将煅烧后的物质研磨成细粉。
一种铁系碳纳米管催化剂的应用，所述铁系碳纳米管催化剂通过化学气相沉积法制备碳纳米管；
化学气相沉积法制备碳纳米管的步骤为：将上述制得的铁系碳纳米管催化剂置于卧式炉中，升温至800℃，以16m3/h通入丙烷作为碳源，反应3h，制备得到碳纳米管，制备得到碳纳米管，制得的碳纳米管转化率为50-60％、倍率为70-90倍，制成粉末压片后的电阻率为78-85mΩ·cm。
有益效果：本发明的有益效果是：本发明提供的一种铁系碳纳米管催化剂的制备及应用，该催化剂制备方法通过将硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于去离子水中形成澄清溶液后与碱性溶液B进行混合，然后再对金属氢氧化物沉淀进行高温煅烧，使金属氢氧化物分解成金属氧化物，最终形成催化剂。该制备方法通过严格控制各个步骤的工艺条件以及各组分的配比，使制得的催化剂催化活性高，在该催化剂的催化作用下，碳纳米管转化率较高，倍率也较高，且制得的碳纳米管具有高导电性，该催化剂可有效降低碳纳米管的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种铁系碳纳米管催化剂的光学图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
一种铁系碳纳米管催化剂，由以下成分组成：40-70份硝酸铁、2-10份硝酸镍、50-80份氧化镁、25-40份碳酸铵和40-60份氨水。
一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，该方法按如下步骤进行：
步骤一、按重量份数计，40-70份硝酸铁、2-10份硝酸镍、50-80份氧化镁、25-40份碳酸铵和40-60份氨水，备用；
步骤二、将步骤一称取的硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于300重量份的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液A；
步骤三、将步骤一称取的碳酸铵和氨水溶于50重量份数的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液B；
步骤四、将溶液A和溶液B混合均匀，并搅拌使溶液A和溶液B完全反应；
步骤五、将溶液A和溶液B的混合溶液在600℃的条件下煅烧1h，得催化剂。
本发明中，步骤四中，将溶液A和溶液B同时滴加入容器中，滴加过程中不断搅拌，控制滴加速度使溶液A和溶液B同时滴加完毕，然后搅拌1h。
本发明中，步骤四中的搅拌速度为500r/min。
本发明中，步骤五还包括将煅烧后的物质研磨成细粉。
一种铁系碳纳米管催化剂的应用，所述铁系碳纳米管催化剂通过化学气相沉积法制备碳纳米管；
化学气相沉积法制备碳纳米管的步骤为：将上述制得的铁系碳纳米管催化剂置于卧式炉中，升温至800℃，以16m3/h通入丙烷作为碳源，反应3h，制备得到碳纳米管，制备得到碳纳米管，制得的碳纳米管转化率为50-60％、倍率为70-90倍，制成粉末压片后的电阻率为78-85mΩ·cm。
实施例1
一种铁系碳纳米管催化剂，由以下成分组成：40份硝酸铁、2份硝酸镍、50份氧化镁、25份碳酸铵和40份氨水。
一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，该方法按如下步骤进行：
步骤一、按重量份数计，40份硝酸铁、2份硝酸镍、50份氧化镁、25份碳酸铵和40份氨水，备用；
步骤二、将步骤一称取的硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于300重量份的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液A；
步骤三、将步骤一称取的碳酸铵和氨水溶于50重量份数的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液B；
步骤四、将溶液A和溶液B混合均匀，并搅拌使溶液A和溶液B完全反应；
步骤五、将溶液A和溶液B的混合溶液在600℃的条件下煅烧1h，得催化剂。
本发明中，步骤四中，将溶液A和溶液B同时滴加入容器中，滴加过程中不断搅拌，控制滴加速度使溶液A和溶液B同时滴加完毕，然后搅拌1h。
本发明中，步骤四中的搅拌速度为500r/min。
本发明中，步骤五还包括将煅烧后的物质研磨成细粉。
一种铁系碳纳米管催化剂的应用，所述铁系碳纳米管催化剂通过化学气相沉积法制备碳纳米管；
化学气相沉积法制备碳纳米管的步骤为：将上述制得的铁系碳纳米管催化剂置于卧式炉中，升温至800℃，以16m3/h通入丙烷作为碳源，反应3h，制备得到碳纳米管，制备得到碳纳米管，制得的碳纳米管转化率为50％、倍率为70倍，制成粉末压片后的电阻率为85mΩ·cm。
实施例2
一种铁系碳纳米管催化剂，由以下成分组成：70份硝酸铁、10份硝酸镍、80份氧化镁、40份碳酸铵和60份氨水。
一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，该方法按如下步骤进行：
步骤一、按重量份数计，70份硝酸铁、10份硝酸镍、80份氧化镁、40份碳酸铵和60份氨水，备用；
步骤二、将步骤一称取的硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于300重量份的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液A；
步骤三、将步骤一称取的碳酸铵和氨水溶于50重量份数的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液B；
步骤四、将溶液A和溶液B混合均匀，并搅拌使溶液A和溶液B完全反应；
步骤五、将溶液A和溶液B的混合溶液在600℃的条件下煅烧1h，得催化剂。
本发明中，步骤四中，将溶液A和溶液B同时滴加入容器中，滴加过程中不断搅拌，控制滴加速度使溶液A和溶液B同时滴加完毕，然后搅拌1h。
本发明中，步骤四中的搅拌速度为500r/min。
本发明中，步骤五还包括将煅烧后的物质研磨成细粉。
一种铁系碳纳米管催化剂的应用，所述铁系碳纳米管催化剂通过化学气相沉积法制备碳纳米管；
化学气相沉积法制备碳纳米管的步骤为：将上述制得的铁系碳纳米管催化剂置于卧式炉中，升温至800℃，以16m3/h通入丙烷作为碳源，反应3h，制备得到碳纳米管，制备得到碳纳米管，制得的碳纳米管转化率为60％、倍率为90倍，制成粉末压片后的电阻率为78mΩ·cm。
实施例3
一种铁系碳纳米管催化剂，由以下成分组成：50份硝酸铁、6份硝酸镍、60份氧化镁、30份碳酸铵和50份氨水。
一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，该方法按如下步骤进行：
步骤一、按重量份数计，50份硝酸铁、6份硝酸镍、60份氧化镁、30份碳酸铵和50份氨水，备用；
步骤二、将步骤一称取的硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于300重量份的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液A；
步骤三、将步骤一称取的碳酸铵和氨水溶于50重量份数的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液B；
步骤四、将溶液A和溶液B混合均匀，并搅拌使溶液A和溶液B完全反应；
步骤五、将溶液A和溶液B的混合溶液在600℃的条件下煅烧1h，得催化剂。
本发明中，步骤四中，将溶液A和溶液B同时滴加入容器中，滴加过程中不断搅拌，控制滴加速度使溶液A和溶液B同时滴加完毕，然后搅拌1h。
本发明中，步骤四中的搅拌速度为500r/min。
本发明中，步骤五还包括将煅烧后的物质研磨成细粉。
一种铁系碳纳米管催化剂的应用，所述铁系碳纳米管催化剂通过化学气相沉积法制备碳纳米管；
化学气相沉积法制备碳纳米管的步骤为：将上述制得的铁系碳纳米管催化剂置于卧式炉中，升温至800℃，以16m3/h通入丙烷作为碳源，反应3h，制备得到碳纳米管，制备得到碳纳米管，制得的碳纳米管转化率为55％、倍率为80倍，制成粉末压片后的电阻率为81mΩ·cm。
本发明的催化剂制备方法通过将硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于去离子水中形成澄清溶液后与碱性溶液B进行混合，然后再对金属氢氧化物沉淀进行高温煅烧，使金属氢氧化物分解成金属氧化物，最终形成催化剂。该制备方法通过严格控制各个步骤的工艺条件以及各组分的配比，使制得的催化剂催化活性高，在该催化剂的催化作用下，碳纳米管转化率较高，倍率也较高，且制得的碳纳米管具有高导电性，该催化剂可有效降低碳纳米管的生产成本。
表1
由表1可知，实施例1-3与比较例1相比，碳纳米管倍率明显提高。
以上所描述的实施例是本发明的优选实施方式，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种铁系碳纳米管催化剂，其特征在于，由以下成分组成：40-70份硝酸铁、2-10份硝酸镍、50-80份氧化镁、25-40份碳酸铵和40-60份氨水。
2.根据权利要求1所述的一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，该方法按如下步骤进行：
步骤一、按重量份数计，40-70份硝酸铁、2-10份硝酸镍、50-80份氧化镁、25-40份碳酸铵和40-60份氨水，备用；
步骤二、将步骤一称取的硝酸铁、硝酸镍和氧化镁溶于300重量份的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液A；
步骤三、将步骤一称取的碳酸铵和氨水溶于50重量份数的去离子水中，搅拌均匀使试剂完全溶解，形成澄清溶液B；
步骤四、将溶液A和溶液B混合均匀，并搅拌使溶液A和溶液B完全反应；
步骤五、将溶液A和溶液B的混合溶液在600℃的条件下煅烧1h，得催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，步骤四中，将溶液A和溶液B同时滴加入容器中，滴加过程中不断搅拌，控制滴加速度使溶液A和溶液B同时滴加完毕，然后搅拌1h。
4.根据权利要求3所述的一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，步骤四中的搅拌速度为500r/min。
5.根据权利要求2所述的一种铁系碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，步骤五还包括将煅烧后的物质研磨成细粉。
6.根据权利要求1所述的一种铁系碳纳米管催化剂的应用，其特征在于：所述铁系碳纳米管催化剂通过化学气相沉积法制备碳纳米管；
化学气相沉积法制备碳纳米管的步骤为：将上述制得的铁系碳纳米管催化剂置于卧式炉中，升温至800℃，以16m3/h通入丙烷作为碳源，反应3h，制备得到碳纳米管，制备得到碳纳米管，制得的碳纳米管转化率为50-60％、倍率为70-90倍，制成粉末压片后的电阻率为78-85mΩ·cm。
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