一种制备束丛状碳纳米管用催化剂、其制备方法及束丛状碳纳米管技术

本发明专利技术公开了一种制备束丛状碳纳米管用催化剂、其制备方法及束丛状碳纳米管，本发明专利技术所述催化剂的制备方法包括以下步骤：1)将有机物和金属前驱体分散在溶剂中，得到分散液；2)采用步骤(1)得到的分散液进行电纺丝；3)将步骤(2)得到的电纺丝产物于非氧化性气氛下进行热处理，得到催化剂；其中，所述金属前驱体为金属盐和/或金属氧化物，使用该催化剂用于制备碳纳米管，可以得到束丛状碳纳米管，所述束丛状碳纳米管由全部的取向型碳纳米管构成。

A catalyst for the preparation of bundled carbon nanotube, its preparation method and bundle like carbon nanotubes

The invention discloses a method for preparing carbon nano tube bundle plexiform catalyst, its preparation method and beam bundle shaped carbon nanotubes, a preparation method of the catalyst of the invention comprises the following steps: 1) the organic and metal precursor dispersed in a solvent, obtained dispersion; 2 steps (by) 1) the dispersion of electrospinning; 3) step (2) electrospinning product obtained catalyst for heat treatment, in a non oxidizing atmosphere; wherein, the metal precursor metal salts and / or metal oxide, for the preparation of carbon nanotubes using the catalyst can be obtained beam plexiform carbon nanotubes, the beam plexiform carbon nanotubes from carbon nanotubes composed of all orientation.

【技术实现步骤摘要】
一种制备束丛状碳纳米管用催化剂、其制备方法及束丛状碳纳米管
本专利技术属于碳纳米材料、复合材料及新能源领域，涉及一种催化剂、其制备方法及用途，尤其涉及一种制备束丛状碳纳米管的催化剂、其制备方法及束丛状碳纳米管。
技术介绍
碳纳米管在上世纪九十年代由日本科学家Iijima在扫描电镜中发现并已文献的形式进行了公开的报道。实际上在更早的二十世纪七十年代或者八十年代早期，人们便知道了这种多个石墨层的纤维状石墨材料的存在，Tates和Baker(GB1469930A1，1977和EP56004A2，1982)第一次描述了由烃的催化分解制得的纤维状碳的沉积物，但是没有进一步的详细描述，包括其直径等。碳纳米管材料具有非常优异的电化学及力学性能，这使得其具有广泛的用途，其可以用于电池当中当做导电添加剂，提高电池的循环、倍率等性能，也可添加在有机材料中，起到导电、防静电及电磁屏蔽的作用。碳纳米管添加在塑料、橡胶等制品中，可以提高材料的力学性能，提高断裂强度。但是在应用过程中，碳纳米管能否均匀地分散在基体材料中，是发挥起性能优势的关键。具有取向结构的碳纳米管由于单根碳管没有纠缠在一起，因此可以更容易的分散开来，在应用中具有更好的优势。目前取向型的碳纳米管制备方法主要有基底法、固定床法、流化床等方法。拜尔公司的专利CN102471067A公开了一种碳纳米管聚集体及其制备方法，其通过钴系催化剂，采用气象化学沉积制备了具有取向结构的碳纳米管。北京大学的魏飞在专利CN101348249B公开了一种在颗粒内表面制备碳纳米管阵列的方法，其通过合成具有层状结构的催化剂，从而实现了在层间生长出取向型的碳纳米管。上述方法属于传统的碳纳米管制备方法，在催化剂的制备过程中需要精确控制工艺条件，条件苛刻，生产成本高，而且不能保证全部都是取向型的碳纳米管。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种制备束丛状碳纳米管的催化剂、其制备方法及束丛状碳纳米管。采用本专利技术的催化剂制备的束丛状碳纳米管是由全部的取向型碳纳米管构成的，本专利技术的束丛状碳纳米管相对于其他缠绕型碳纳米管，具有易于分散、便于使用的优点，可以更好的发挥碳纳米管高导电性、高强度的优点，具有广阔的应用前景。本专利技术中，所述“制备束丛状碳纳米管用催化剂”指：该催化剂适用于制备束丛状碳纳米管的生产过程，可作为制备束丛状碳纳米管的原料组分之一。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将有机物和金属前驱体分散在溶剂中，得到分散液；(2)采用步骤(1)得到的分散液进行电纺丝；(3)将步骤(2)得到的电纺丝产物于非氧化性气氛下进行热处理，得到催化剂；其中，所述金属前驱体为金属盐和/或金属氧化物。优选地，步骤(1)所述有机物包括聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈或沥青中的任意一种或至少两种的混合物，但并不限于上述列举的有机物，其他本领域进行电纺丝常用的有机物也可用于本专利技术。优选地，所述金属盐包括铁、镍、钴、镁、铝、钙、硅或锰的金属盐中的任意一种或至少两种的混合物，例如氯化铁、氯化镍、氯化镁、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镁、硝酸铝、硝酸锰、氯化钙、氯化锰、硫酸镍、硫酸镁和硫酸铝等，所述金属盐优选为硝酸盐和/或氯化物，但并不限于上述列举的金属盐，其他本领域制备碳纳米管用催化剂常用的金属盐也可用于本专利技术。本专利技术所述“碳纳米管用催化剂”为制备碳纳米管使用的催化剂。优选地，所述金属氧化物包括铁、镍、钴、镁、铝、钙、硅或锰的氧化物中的任意一种或至少两种的混合物，例如氧化铁、氧化镍、氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化硅和氧化锰等，但并不限于上述列举的金属氧化物，其他本领域制备碳纳米管用催化剂常用的金属盐也可用于本专利技术。优选地，步骤(1)所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、四氢呋喃或N,N二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的混合物，但并不限于上述列举的溶剂，其他本领域常用的可以溶解本专利技术所述有机物的溶剂也可用于本专利技术。优选地，步骤(1)所述有机物、金属前驱体和溶剂的质量比为：(5～30):(1～20):(50～94)，例如为5:10:53、10:3:85、5:15:60、20:10:90、30:5:80、25:2:94、30:20:55、5:15:70、8:15:85、13:17:80或20:20:68等。优选地，步骤(1)所述分散采用的方式包括：搅拌、研磨或球磨中的任意一种。优选地，步骤(2)进行所述电纺丝的过程为：将步骤(1)得到的分散液装入电纺丝设备的注射器中，注射器与高压电源相连，接通高压电源，进行电纺丝，在接收装置处收集得到电纺丝产物。优选地，将步骤(1)得到的分散液装入注射器使用的仪器为蠕动泵。优选地，步骤(2)进行电纺丝的过程中，所述分散液的流速为0.1ml/h～100ml/h，例如为0.1ml/h、1ml/h、3ml/h、5ml/h、10ml/h、15ml/h、17.5ml/h、20ml/h、25ml/h、30ml/h、35ml/h、40ml/h、50ml/h、60ml/h、70ml/h、80ml/h、90ml/h或100ml/h等。优选地，步骤(2)进行电纺丝的过程中，高压电源产生的电压为5kv～30kv，例如为5kv、10kv、15kv、20kv、22kv、26kv或30kv等。优选地，步骤(2)进行电纺丝的过程中，所述注射器的针头和接收装置的间距在10cm～30cm，例如为10cm、12cm、15cm、18cm、20cm、22cm、25cm或30cm等。优选地，步骤(3)所述非氧化性气氛为空气气氛、氮气气氛、氦气气氛、氖气气氛、氩气气氛、氪气气氛或氙气气氛中的任意一种或至少两种的组合。优选地，步骤(3)所述热处理的温度为300℃～600℃，例如为300℃、325℃、350℃、370℃、400℃、425℃、450℃、480℃、500℃、550℃或600℃等。优选地，步骤(3)所述热处理的时间为10min～60min，例如为10min、20min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述方法制备得到的催化剂，所述催化剂的比表面积在8m2/g～20m2/g，例如为8m2/g、10m2/g、12m2/g、15m2/g、16m2/g、17.5m2/g、18m2/g、19m2/g或20m2/g等。本专利技术的催化剂适合作为原料组分之一，用于制备束丛状碳纳米管，采用这种催化剂制备碳纳米管，可以得到由全部的取向型碳纳米管构成的束丛状碳纳米管。第三方面，本专利技术提供一种采用第二方面所述催化剂制备得到的束丛状碳纳米管，所述束丛状碳纳米管是由全部的取向型碳纳米管构成的。优选地，所述束丛状碳纳米管中的取向型碳纳米管的直径为5nm～100nm，例如为5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、35nm、40nm、50nm、55nm、65nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。优选地，所述束丛状碳纳米管中的取向型碳纳米管的长度为5μm～100μm，例如为5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将有机物和金属前驱体分散在溶剂中，得到分散液；(2)采用步骤(1)得到的分散液进行电纺丝；(3)将步骤(2)得到的电纺丝产物于非氧化性气氛下进行热处理，得到催化剂；其中，所述金属前驱体为金属盐和/或金属氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将有机物和金属前驱体分散在溶剂中，得到分散液；(2)采用步骤(1)得到的分散液进行电纺丝；(3)将步骤(2)得到的电纺丝产物于非氧化性气氛下进行热处理，得到催化剂；其中，所述金属前驱体为金属盐和/或金属氧化物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述有机物包括聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈或沥青中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，所述金属盐包括铁、镍、钴、镁、铝、钙、硅或锰的金属盐中的任意一种或至少两种的混合物，所述金属盐优选为硝酸盐和/或氯化物；优选地，所述金属氧化物包括铁、镍、钴、镁、铝、钙、硅或锰的氧化物中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，步骤(1)所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、四氢呋喃或N,N二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，步骤(1)所述有机物、金属前驱体和溶剂的质量比为：(5～30):(1～20):(50～94)；优选地，步骤(1)所述分散采用的方式包括：搅拌、研磨或球磨中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)进行所述电纺丝的过程为：将步骤(1)得到的分散液装入电纺丝设备的注射器中，接通高压电源，进行电纺丝，在接收装置处收集得到电纺丝产物；优选地，将步骤(1)得到的分散液装入注射器使用的仪器为蠕动泵；优选地，步骤(2)进行电纺丝的过程中，所述分散液的流速为0.1ml/h～100ml/h；优选地，步骤(2)进行电纺丝的过程中，高压电源产生的电压为5kv～30kv；优选地，步骤(2)进行电纺丝的过程中，所述注射器的针头和接收装置的间距在10cm～30cm。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述非氧化性气氛为空气气氛、氮气气氛、氦气气氛、氖气气氛、氩气气氛、氪气气氛或氙气气氛中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(3)所述热处理的温度为300℃～600℃；优选地，步骤(3)所述热处理的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：时浩，袁国辉，杨斌，梅佳，李然，方振辉，刘智良，黄友元，马芳晴，
申请(专利权)人：哈尔滨万鑫石墨谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23