一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管及其制备方法技术

一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管，其特征在于碳微米管的外径为５０～２００微米，管壁厚度为１０～３０微米，长度为２～１０厘米，其中碳微米管的管壁由直径为６０～７０纳米的包含金属的碳颗粒通过自组装形式构成的。采用将催化剂和有机烃类在氩气流中进行热解，即先将催化剂前躯体加热使之缓慢气化，然后用氩气和烃类的混合气体将气化了的催化剂带入到高温反应器中进行热解，形成碳微米管。本发明专利技术具有设备简单，易于操作，重复性好，制备的碳微米管的长度长、结构独特的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管及其制备方法
本专利技术涉及一种管状碳的制备方法，具体地说涉及一种由烃类催化热解气相沉积制备微米级管状碳的方法。
技术介绍
管状碳与其他形貌的碳材料相比，具有许多独特的性质和应用背景。所谓管状碳是指具有规则的圆柱形空心结构的一维碳材料。根据管状碳直径的大小可分为纳米管和微米管。碳纳米管具有优良的力学性能和奇特的电磁性能，因此在很多领域都有广泛的应用前景。例如，碳纳米管可用于复合材料的增强剂、纳米材料制备的模板、电子和纳米器械材料、催化材料以及储能材料。微米管由于具有较大的管径，可以将一些难以在常规反应器中进行的反应体系引入到微管中，构成无数独立单元的微型反应器，从而加速和实现那些难以在常规反应器中完成的反应。也可以利用碳微米管的管道进行物料的定向传送，如在医学上将药物颗粒直接传送到某些病变部位，起到事半功倍的效果。此外，碳微米管在吸附和分离等领域也有重要的应用前景。因此碳微米管是一种非常有前途的新型碳材料。目前有关用催化热解的方法制备碳管的研究主要集中在纳米管上，并有大量文献和专利报道。如中国专利(申请号为02137403)报道了一种催化热解法制备单壁碳纳米管的连续化生产方法，其特征在于以含氢的载气连续地将正硅酸乙酯和二茂铁带入高温反应区，经原位反应生成具有催化效应的铁-二氧化硅的纳米复合粒子催化剂，原料分解得到的碳在催化剂作用下形成连续单壁纳米管；所述高温反应区温度为900-1200℃，载气由氢气和稀释气体组成，其中氢气所占的摩尔百分比为5-85；反应区的持续时间为20-60分钟，含氢载气的总流量为800-2400ml/mil，正硅酸乙酯流量为20-100mg/min，二茂铁的流量为0.3-3mg/min。所得到的单壁碳纳米管的直径在2nm左右，以束的形式存在，长度为数微米到数十微米，收率高达8％。但有关催化热解制备直径为微米级碳管的研究未见报道。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种直径具有微米尺度的管状碳材料及其制备方-->法。本专利技术的碳微米管的特征是外径为50～200微米，管壁厚度为10～30微米，长度为2～10厘米，其中碳微米管的管壁由直径为60～70纳米的包含金属的碳颗粒通过自组装形式构成的。如上所述的金属包含铁、钴或镍。本专利技术采用的方法特征是将催化剂和有机烃类在氩气流中进行热解，即先将催化剂前躯体加热使之缓慢气化，然后用氩气和烃类的混合气体将气化了的催化剂带入到高温反应器中进行热解，形成碳微米管。具体操作方法如下：用氩气将催化剂和烃类溶剂一起带入到温度为900～1200℃的反应器中，反应3～6小时，关掉反应气，在保护气氛下降至室温，即可在热电偶端头的树状碳的末端得到碳微米管。如上所述的催化剂包括二茂铁、二茂镍或二茂钴，其用量范围为0.01～0.5毫克/分钟·平方厘米。如上所述的烃类包括脂肪烃和芳香烃，脂肪烃主要有戊烷、正己烷、庚烷或环己烷，芳香烃主要有苯、甲苯或二甲苯；其用量范围为1～25毫克/分钟·平方厘米。如上所述的氩气流量范围为30～240毫升/分钟·平方厘米。本专利技术的优点：1、设备简单，易于操作。2、制备的碳微米管的长度长、结构独特。3、重复性好。图面说明图1是本专利技术制备的碳微米管的局部扫描电镜图片，由图1知，碳管的直径在120～150微米范围内，稍有弯曲。图2是本专利技术制备的碳微米管的断口扫描电镜图片。由图2可以清楚地看到，碳管的管壁厚度约为25微米，内径约70微米，管壁呈多孔结构。图3是本专利技术制备的碳微米管外壁局部放大的高倍数扫描电镜图片。由该图可以看到，该碳管的管壁是由直径为数十纳米的碳颗粒通过自组织形式形成的，颗粒之间有一些大小不一的空隙，空隙的尺寸范围为数十纳米到数百纳米。-->具体实施方式实施例1：称0.1克二茂铁，放入一个宽度为3厘米，长度为6厘米的瓷舟中，并加热到110℃。将反应器在氩气氛下升温到950℃，然后，用氩气将气化后的二茂铁和己烷带入反应器的恒温区。其中，二茂铁的流量为0.03毫克/分钟·平方厘米；己烷的流量为15毫克/分钟·平方厘米；氩气的流量为80毫升/分钟·平方厘米。在950℃反应3小时，关掉反应气，在氩气流中冷却至室温，即可得到长度约3厘米，直径为80微米的碳微米管。实施例2：称0.5克二茂铁，放入一个宽度为3厘米，长度为6厘米的瓷舟中，并加热到150℃。将反应器在氩气氛下升温到1200℃，然后，用氩气将气化后的二茂铁和苯带入反应器的恒温区。其中，二茂铁的流量为0.13毫克/分钟·平方厘米；苯的流量为5毫克/分钟·平方厘米；氩气的流量为160毫升/分钟·平方厘米。在1200℃反应5小时，关掉反应气，在氩气流中冷却至室温，即可得到长度约6厘米，直径为120微米的碳微米管。实施例3：称0.4克二茂镍，放入一个宽度为3厘米，长度为6厘米的瓷舟中，并加热到180℃。将反应器在氩气氛下升温到1100℃，然后，用氩气将气化后的二茂镍和甲苯带入反应器的恒温区。其中，二茂镍的流量为0.12毫克/分钟·平方厘米；甲苯的流量为5毫克/分钟·平方厘米：氩气的流量为120毫升/分钟·平方厘米。在1100℃反应4小时，关掉反应气，在氩气流中冷却至室温，即可得到长度约4厘米，直径为80微米的碳微米管。实施例4：称0.2克二茂钴，放入一个宽度为3厘米，长度为6厘米的瓷舟中，并加热到200℃。将反应器在氩气氛下升温到1200℃，然后，用氩气将气化后的二茂钴和二甲苯带入反应器的恒温区。其中，二茂钴的流量为0.08毫克/分钟·平方厘米；二甲苯的流量为15毫克/分钟·平方厘米；氩气的流量为200毫升/分-->钟·平方厘米。在1200℃反应3小时，关掉反应气，在氩气流中冷却至室温，即可得到长度为2厘米的碳微米管。实施例5：称0.8克二茂铁，放入一个宽度为3厘米，长度为6厘米的小瓷舟中，并加热到150℃。将反应器在氩气氛下升温到1150℃，然后，用氩气将气化后的二茂铁和环己烷带入反应器的恒温区。其中，二茂钴的流量为0.58毫克/分钟·平方厘米；环己烷二甲苯的流量为20毫克/分钟·平方厘米；氩气的流量为240毫升/分钟·平方厘米。在1150℃反应2小时，关掉反应气，在氩气流中冷却至室温，即可得到长度为4厘米的碳微米管。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管，其特征在于碳微米管的外径为５０～２００微米，管壁厚度为１０～３０微米，长度为２～１０厘米，其中碳微米管的管壁由直径为６０～７０纳米的包含金属的碳颗粒通过自组装形式构成的。

【技术特征摘要】
1.一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管，其特征在于碳微米管的外径为50～200微米，管壁厚度为10～30微米，长度为2～10厘米，其中碳微米管的管壁由直径为60～70纳米的包含金属的碳颗粒通过自组装形式构成的。2、如权利要求1所述的一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：用氩气将催化剂和烃类溶剂一起带入到温度为900～1200℃的反应器中，反应3～6小时，关掉反应气，在保护气氛下降至室温，即可在热电偶端头的树状碳的末端得到碳微米管。3、如权利要求2所述的一种由纳米碳颗粒形成的碳微米管的制备方法，其特征在于所述的催化剂包括二茂铁、二茂镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭向云，刘振宇，靳国强，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]