碳纳米管的制备方法技术

本发明专利技术涉及碳纳米管制备技术领域，公开一种碳纳米管的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将催化剂前体Fe3O4@NiFe

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管的制备方法


[0001]本专利技术属于碳纳米管制备
，特别涉及一种碳纳米管的制备方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管(CNT)是由碳元素构成的一个中空管状结构，又名巴基管，是一种具有特殊结构(直径在几纳米至几十纳米之间、长度可达数微米、管子两端基本上都封口)的一维量子材料。
[0003]碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多优异的力学、电学和化学性能：1)力学性能：碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可拉伸，长径比一般在1000∶ 1以上，是理想的高强度纤维材料；2)电学性能：由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能；3)热学性能：碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料，另外，碳纳米管有着较高的热导率，可大大改善复合材料的热导率。除此之外碳纳米管还具有光学和储氢等其他良好的性能，正是这些优良的性能使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。
[0004]鉴于碳纳米管具有优异的物理化学和机械性能，其巨大的潜在应用价值得到了广泛的关注。碳纳米管应用研究主要集中在复合材料、氢气存储、电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线模板电子枪及传感器和显微镜探头等领域。
[0005]碳纳米管的制备方法包括：电弧法、化学气相沉积法(CVD)、催化热分解法、水热法等，其中CVD法具有成本低廉、操作方便等优点，已被广泛应用于CNT的制备。制备CNT过程中，选用性能较优的催化剂，可以提高碳纳米管的产率。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述情况，本专利技术的目的是提供一种碳纳米管的制备方法，通过选用磁性材料Fe3O4与水滑石相结合制得的催化剂，可提高碳纳米管的产率，而且便于碳纳米管纯化过程中的固液分离。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一方面提供一种碳纳米管的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0009]1)将催化剂前体Fe3O4@NiFe
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LDH、Fe3O4@CoFe
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LDH或 Fe3O4@CoFeNi
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LDH置于真空管式炉中，在还原气氛下进行还原，得到催化剂；
[0010]2)在500
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800℃的温度下，通入碳源气体和氢气进行裂解反应，得到含有碳纳米管的固体物料；
[0011]3)将步骤2)得到的固体物料进行一次酸洗，然后永磁铁分离，得到一次分离液体和一次分离固体；
[0012]4)将一次分离固体进行一次超声分散，然后永磁铁分离，得到二次分离液体和二
次分离固体；
[0013]5)将所述二次分离固体进行二次酸洗，然后永磁铁分离，得到三次分离液体和三次分离固体；
[0014]6)将三次分离固体进行二次超声分散，然后永磁铁分离，得到四次分离液体和四次分离固体；
[0015]7)将一次分离液体、二次分离液体、三次分离液体和四次分离液体混合，并进行三次超声分散，然后离心分离，得到五次分离液体和五次分离固体；
[0016]8)将五次分离液体在超声振荡下微孔过滤，过滤得到的固体与五次分离固体混合，得到碳纳米管。
[0017]本专利技术中，催化剂前体Fe3O4@NiFe
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LDH的制备包括：制备Fe3O4磁核；将Fe3O4磁核分散于甲醇中，所述Fe3O4的质量与甲醇的体积之比为2.5
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5g∶1L，在搅拌下，向其中同时滴加盐溶液和碱溶液，盐溶液为硝酸镍和硝酸铁的混合溶液，硝酸镍和硝酸铁的摩尔比为1
‑
3∶ 1，盐溶液的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，甲醇与水的体积比为1∶ 19，盐溶液中的阳离子总浓度为0.1mol/L，碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，碱溶液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L、碳酸钠的浓度为0.2mol/L，Fe3O4与硝酸镍的摩尔比为1∶5，滴加过程中，控制温度为60℃、pH值为8
‑
9，盐溶液滴加完成后，继续晶化36h，采用永磁铁进行分离，然后用脱CO2去离子水洗涤三次，洗涤过程中采用永磁铁分离，得到的固体于65℃干燥24小时，得到Fe3O4@NiFe
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LDH。
[0018]根据本专利技术，催化剂前体Fe3O4@CoFe
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LDH的制备包括：制备 Fe3O4磁核；将Fe3O4磁核分散于甲醇中，所述Fe3O4的质量与甲醇的体积之比为2.5
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5g∶1L，在搅拌下，向其中同时滴加盐溶液和碱溶液，盐溶液为硝酸钴和硝酸铁的混合溶液，硝酸钴和硝酸铁的摩尔比为 2
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5∶1，盐溶液的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，甲醇与水的体积比为 1∶19，盐溶液中的阳离子总浓度为0.1mol/L，碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，碱溶液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L、碳酸钠的浓度为0.2mol/L，Fe3O4与钴盐的摩尔比为1∶5，滴加过程中，控制温度为70℃、pH值为8
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8.5，盐溶液滴加完成后，继续晶化36h，采用永磁铁进行分离，然后用脱CO2去离子水洗涤三次，洗涤过程中采用永磁铁分离，得到的固体于65℃干燥24小时，得到 Fe3O4@CoFe
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LDH。
[0019]本专利技术中，催化剂前体Fe3O4@CoFeNi
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LDH的制备包括：制备 Fe3O4磁核；将Fe3O4磁核分散于甲醇中，所述Fe3O4的质量与甲醇的体积之比为2.5
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5g∶1L，在搅拌下，向其中同时滴加盐溶液和碱溶液，盐溶液为硝酸钴、硝酸镍和硝酸铁的混合溶液，硝酸钴、硝酸铁与硝酸镍的摩尔比为6∶3∶1，盐溶液的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，甲醇与水的体积比为1∶19，盐溶液中的阳离子总浓度为0.1mol/L，碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，碱溶液中氢氧化钠的浓度为 0.1mol/L、碳酸钠的浓度为0.2mol/L；Fe3O4与钴盐和镍盐总量的摩尔比为1∶5，滴加过程中，控制温度为60℃、pH值为10.5，盐溶液滴加完成后，继续晶化36h，采用永磁铁进行分离，然后用脱CO2去离子水洗涤三次，洗涤过程中采用永磁铁分离，得到的固体于65℃干燥24小时，得到Fe3O4@CoFeNi
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LDH。
[0020]本专利技术中，Fe3O4磁核可以采用现有技术中常规的方法制备。优选地，制备Fe3O4磁核包括：将摩尔浓度为0.1mol/L的三氯化铁溶液和醋酸钠溶于乙二醇中形成溶液，三氯化铁与醋酸钠的摩尔比为1∶ 5，三氯化铁的物质的量与乙二醇的体积之比为1mol∶10L，将溶
液在200℃晶化反应8h，反应产物冷却至10
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30℃，然后用乙醇和去离子水分别洗涤2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳纳米管的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：1)将催化剂前体Fe3O4@NiFe
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LDH、Fe3O4@CoFe
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LDH或Fe3O4@CoFeNi
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LDH置于真空管式炉中，在还原气氛下进行还原，得到催化剂；2)在500
‑
800℃的温度下，通入碳源气体和氢气进行裂解反应，得到含有碳纳米管的固体物料；3)将步骤2)得到的固体物料进行一次酸洗，然后永磁铁分离，得到一次分离液体和一次分离固体；4)将一次分离固体进行一次超声分散，然后永磁铁分离，得到二次分离液体和二次分离固体；5)将所述二次分离固体进行二次酸洗，然后永磁铁分离，得到三次分离液体和三次分离固体；6)将三次分离固体进行二次超声分散，然后永磁铁分离，得到四次分离液体和四次分离固体；7)将一次分离液体、二次分离液体、三次分离液体和四次分离液体混合，并进行三次超声分散，然后离心分离，得到五次分离液体和五次分离固体；8)将五次分离液体在超声振荡下微孔过滤，过滤得到的固体与五次分离固体混合，得到碳纳米管。2.根据权利要求1所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，催化剂前体Fe3O4@NiFe
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LDH的制备包括：制备Fe3O4磁核；将Fe3O4磁核分散于甲醇中，所述Fe3O4的质量与甲醇的体积之比为2.5
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5g∶1L，在搅拌下，向其中同时滴加盐溶液和碱溶液，盐溶液为硝酸镍和硝酸铁的混合溶液，硝酸镍和硝酸铁的摩尔比为1
‑
3∶1，盐溶液的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，甲醇与水的体积比为1∶19，盐溶液中的阳离子总浓度为0.1mol/L，碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，碱溶液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L、碳酸钠的浓度为0.2mol/L，Fe3O4与硝酸镍的摩尔比为1∶5，滴加过程中，控制温度为60℃、pH值为8
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9，盐溶液滴加完成后，继续晶化36h，采用永磁铁进行分离，然后用脱CO2去离子水洗涤三次，洗涤过程中采用永磁铁分离，得到的固体于65℃干燥24小时，得到Fe3O4@NiFe
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LDH。3.根据权利要求1所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，催化剂前体Fe3O4@CoFe
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LDH的制备包括：制备Fe3O4磁核；将Fe3O4磁核分散于甲醇中，所述Fe3O4的质量与甲醇的体积之比为2.5
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5g∶1L，在搅拌下，向其中同时滴加盐溶液和碱溶液，盐溶液为硝酸钴和硝酸铁的混合溶液，硝酸钴和硝酸铁的摩尔比为2
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5∶1，盐溶液的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，甲醇与水的体积比为1∶19，盐溶液中的阳离子总浓度为0.1mol/L，碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液，碱溶液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L、碳酸钠的浓度为0.2mol/L，Fe3O4与钴盐的摩尔比为1∶5，滴加过程中，控制温度为70℃、pH值为8
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8.5，盐溶液滴加完成后，继续晶化36h，采用永磁铁进行分离，然后用脱CO2去离子水洗涤三次，洗涤过程中采用永磁铁分离，得到的固体于65℃干燥24小时，得到Fe3O4@CoFe
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LDH。4.根据权利要求1所述的碳纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伟斌，张权，杨锦，张洋岳，
申请(专利权)人：焦作集越纳米材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：