一种含锌的裂解催化剂及制备和在单壁碳纳米管合成的应用。催化剂成分组成摩尔比为：氧化铝∶氧化铁为４∶０．２－１．０，氯化锌为氧化铝和氧化铁摩尔数和的０．０１％－０．１５％，其制法是将氯化锌与铁和铝的氯化物或硝酸盐按催化剂组成摩尔比配成水溶液，搅拌混合后，烘干，在３００－４００℃烧结分解，粉碎后，在５００－８００℃多次烧结得到催化剂。催化剂用于合成单壁碳纳米管时，通入氢气在４００－６００℃还原，在７５０－８２０℃裂解温度保温１５－６０分钟后，通Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烷烃气体，合成单壁碳纳米管。本发明专利技术的特点是利用金属锌作为催化剂中的合金元素，其相应化合物是氯化锌，熔点低，适合于采用熔融法均匀成分。用此催化剂可以稳定单壁碳纳米管生产工艺，单壁碳纳米管质量高，直径均匀性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含锌的C1-C3烷烃裂解催化剂及制备和在单壁碳纳米管合成中的应用。
技术介绍
单壁碳纳米管是一种结构与性能都很理想的纳米碳管，在电子、化工、材料等领域有广泛的用途。单壁碳纳米管合成方法中，催化裂解法上一种成本低、批量大的方法，采用较多。催化剂多采用以钼为主，也有少量应用Cr、W为催化剂。这些合金元素对应的化合物，如钼酸铵，分解为氧化钼，熔点高，分散只能利用机械手段进行，分散程度很有限。因此产品质量及工艺稳定性较差。而且氧化钼600℃开始升华，而被还原温度大于800℃，这是造成氧化钼成分不稳定、从而影响产品质量的主要原因，对生产设备要求也高，不利于工业化放大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种C1-C3烷烃裂解烃裂解催化剂及制备和在单壁碳纳米管合成中的应用。该催化剂的成分分散均匀性高，合金锌元素成分稳定、生产的产品质量高，对生产设备要求不高，有利于工业化放大。实现本专利技术目的的一种C1-C3烷烃裂解合成单壁碳纳米管催化剂，其特征是催化剂含有氯化锌，成分组成摩尔比为氧化铝∶氧化铁为4∶0.2-1.0，氯化锌为氧化铝和氧化铁摩尔数和的0.01％-0.15％，本专利技术的C1-C3烷烃裂解制单壁碳纳米管催化剂的制备方法，其步骤为第1、将氯化锌与铁和铝的氯化物或硝酸盐按催化剂组成摩尔比配成水溶液，搅拌混合后烘干，在300-400℃烧结3-5小时，使氯化物或硝酸盐分解，然后粉碎成过200目筛的细粉；第2、将步骤1得到的细粉，在空气气氛中于500-800℃烧结4-8小时，然后粉碎成过200目筛的细粉；第3、将步骤2得到的细粉，重复步骤2的烧结和粉碎操作2～4次，即得到催化剂产品。本专利技术的C1-C3烷烃裂解制单壁碳纳米管催化剂应用时，将催化剂加入到合成器皿中，在裂解炉中加热，同时通入常压氩气或氮气，排空氧气后，通入常压氢气还原，在400-600℃还原20-50分钟，在750-820℃裂解温度保温15-60分钟后，通C1-C3烷烃常压气体，合成单壁碳纳米管，所述的常压为0.1～0.103MPa。本专利技术所用原材料要求达到化学纯标准。本专利技术采用锌为催化剂的合金元素，其化合物采用氯化锌，与铁盐和铝盐混合、烘干，经过多次高温烧结达到均化。特点 第一，由于氯化锌熔点低，仅为283℃，因此在烧结过程中熔融，通过渗透，达到成分的充分分散均匀，在10纳米范围之内。第二，采用该催化剂可以有效降低合成温度20-50℃，降低生产成本和设备投资。因为氯化锌被充分还原的温度低于600℃，与氧化铁一致，而比氧化钼低200℃以上。第三，氯化锌升华温度高于被还原温度，有利于稳定生产工艺，适合工业化放大。这种催化剂可以合成高质量且直径分布范围很窄的单壁碳纳米管，也是单壁碳纳米管结构控制合成的必要条件。而控制单壁碳纳米管结构，主要是直径，就可以实现控制合成，获得性能均一的单壁碳纳米管产品，为其在纳米电子器件上应用提供保证。附图说明图1单壁碳纳米管产品TEM形貌；图2单壁碳纳米管产品的拉曼曲线。1、从图1可见单壁碳纳米管产品为成束单壁碳纳米管，单壁管直径在1.3-1.7nm之间。具体实施例方式实施例1取化学纯氯化铝和氯化铁以及氯化锌，按氯化铝与氯化铁的摩尔比为4∶0.2；氯化锌为氯化铝和氯化铁摩尔数和的0.01％，溶于蒸馏水，配成100克溶质/1000毫升溶液，搅拌均匀后，烘干，300-400℃烧结3小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，然后在500-750℃的茂福炉中烧结4小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，再在500-800℃的茂福炉中烧结8小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，重复烧结4次，然后粉碎成过200目筛的细粉即得催化剂产品。将制得的催化剂加入合成器皿中，在裂解炉中加热，同时通入常压氩气或氮气，排空氧气后，通入常压氢气还原，在400℃还原50分钟；在750-820℃裂解温度保温15分钟后，通C1-C3烷烃常压气体，合成单壁碳纳米管。其气体压力为0.1MPa合成的单壁碳纳米管的TEM如图1。实施例2取化学纯硝酸铝和硝酸铁以及氯化锌，按硝酸铝与硝酸铁的摩尔比为4∶-1.0；氯化锌为铝盐和铁盐摩尔数和的0.15％溶于蒸馏水，配成100克溶质/1000毫升溶液，搅拌均匀后，烘干，300-400℃烧结5小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，然后在500-800℃的茂福炉中多次烧结3小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，再在500-750℃的茂福炉中烧结5小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，重复烧结2次，然后粉碎成过200目筛的细粉即得催化剂产品。将制得的催化剂加入合成器皿中，在裂解炉中加热，同时通入常压氩气或氮气，排空氧气后，通入常压氢气还原，在600℃还原20分钟；在750-820℃裂解温度保温60分钟后，通C1-C3烷烃常压气体，合成单壁碳纳米管，其气体压力为0.101MPa。合成的单壁碳纳米管的TEM如图1实施例3取化学纯氯化铝和氯化铁以及氯化锌，按氯化铝与氯化铁的摩尔比为4∶0.5；氯化锌为铝盐和铁盐摩尔数和的0.1％，溶于蒸馏水，配成100克溶质/1000毫升溶液，搅拌均匀后，烘干，300-400℃烧结3小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，然后在500-800℃的茂福炉中多次烧结5小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，再在500-800℃的茂福炉中烧结5小时，然后粉碎成过200目筛的细粉，重复烧结2次，然后粉碎成过200目筛的细粉即得催化剂产品。将制得的催化剂加入合成器皿中，在裂解炉中加热，同时通入常压氩气或氮气，排空氧气后，通入常压氢气还原，在500℃还原30分钟；在750-820℃裂解温度保温40分钟后，通C1-C3烷烃常压气体，合成单壁碳纳米管，其气体压力为0.1MPa。合成的单壁碳纳米管的TEM如图1。权利要求1.一种C1-C3烷烃裂解催化剂，其特征是催化剂含有氯化锌，成分组成摩尔比为氧化铝∶氧化铁为4∶0.2-1.0，氯化锌为氧化铝和氧化铁摩尔数和的0.01％-0.1 5％。2.权利要求1所述的C1-C3烷烃裂解催化剂的制备方法，其特征是步骤为第1、将氯化锌与铁和铝的氯化物或硝酸盐按催化剂组成摩尔比配成水溶液，搅拌混合后烘干，在300-400℃烧结3-5小时，使铁和铝的氯化物或硝酸盐分解，然后粉碎成过200目筛的细粉；第2、将步骤1得到的细粉，在空气气氛中于500-800℃烧结4-8小时，然后粉碎成过200目筛的细粉；第3、将步骤2得到的细粉，重复步骤2的烧结和粉碎操作2～4次，即得到催化剂产品。3.权利要求1所述的催化剂在单壁碳纳米管合成中的应用，其特征是将催化剂加入到合成器皿中，在裂解炉中加热，同时通入常压氩气或氮气，排空氧气后，通入常压氢气还原，在400-600℃还原20-50分钟，在750-820℃裂解温度保温15-60分钟后，通C1-C3烷烃常压气体，合成单壁碳纳米管，所述的常压为0.1～0.103MPa。全文摘要一种含锌的裂解催化剂及制备和在单壁碳纳米管合成的应用。催化剂成分组成摩尔比为氧化铝∶氧化铁为4∶0.2－1.0，氯化锌为氧化铝和氧化铁摩尔数和的0.01％－0.15％，其制法是将氯化锌与铁和铝的氯化物或硝酸盐按催化剂组成摩尔比配成水溶液，搅拌混合后，烘干，在300－400℃烧结分解，粉碎后，在5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｃ↓［１］－Ｃ↓［３］烷烃裂解催化剂，其特征是催化剂含有氯化锌，成分组成摩尔比为：氧化铝∶氧化铁为４∶０．２－１．０，氯化锌为氧化铝和氧化铁摩尔数和的０．０１％－０．１５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾志杰，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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