一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法技术

本发明专利技术提供了一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法，其包括以下步骤：1)将煤焦油沥青球磨粉碎后，放置烘箱在130

【技术实现步骤摘要】
一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米管制备
，具体而言，涉及一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法。

技术介绍

[0002]自首次意外发现碳纳米管(CNTs)以来，由于其许多独特的力学、电学、磁学和化学性能，在电极材料、超级电容器、能量储存和复合材料等众多领域有潜在的应用前景而得到广泛研究，且碳纳米管经改性或复合可进一步改进材料性能而扩大其应用范围。在此背景下，碳纳米管的理论研究和应用研究均取得了长足发展。在众多生长CNTs法中催化热解(CP)因生长温度低(600-1100℃)、生长条件易控和产量高等优点，被认为是最有可能实现工业法生产CNTs的工艺，但高成本的生长工艺成为规模化生产的掣肘。其主要原因是所利用的碳源是较为昂贵或毒性气体(甲烷、乙炔、乙烯等)、易挥发液体(苯、甲苯、二甲苯等)、易升华固体(樟脑、萘等)。因此，寻求廉价、无毒性、低能耗且易得的碳源是CVD生长CNTs的重要课题。为此，一些学者探索了生物质、废塑料、煤、煤焦油沥青为碳源生长CNTs的研究。A.B.Surianie用二茂铁为催化剂于700℃度热解棕榈油，在硅(100)基体上生长出管径50-100nm，长出300nm的定向排列碳纳米管。Mukul Kumar用高含量硅分子筛负载Fe-Co，于600℃
–
700℃催化热解植物碳水化合物樟脑，可生长出管径约10nm的非常均匀CNTs，当温度升高到850-900℃，样品中SWCNTs含量高达30wt％，直径0.86-1.23nm，透射电镜和拉曼光谱表征表明樟脑所生长的CNTs具有很好的场发射性能。
[0003]目前煤焦油沥青主要用作工程材料，没有得到很好的高值综合利用，浪费优质资源严重；煤焦油沥青中往往含有氢、氧元素，虽然它们不是生成CNTs的必须元素，但不少研究表明它们的存在有利于CNTs的形成，无需在热解气氛中额外输入氢气，这是煤焦油沥青作为碳源料的优势之一。同时研究表明沥青为碳源制造CNTs具有更高活性等优点，这是煤焦油沥青用为碳料的优势之二。但直接用煤生长CNTs不符合分质、环保，绿色持续发展理念，不过原位热解法法研究煤焦油沥青生长CNTs的研究鲜见报道，许多理论和实际问题有待发展和完善。

技术实现思路

[0004]为解决上述缺陷，本专利技术提供了一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法，该方法可为以绿色、环保低成本的煤焦油沥青制备高品质CNTs提供有益途径，提高CNTs生产效果，节约生产成本。
[0005]第一方面，一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法，其包括以下步骤：1)将煤焦油沥青球磨粉碎后，放置烘箱在130-150℃烘干2.5-3.5h，自然冷却后过100目筛分；2)向乙酸镍无水乙醇溶液中加入煤焦油沥青，并超声处理20-40min，于75℃的恒温水浴锅中干燥2-4h，然后研磨并放入坩埚中，并将坩埚置入温控管式炉，于流速为40-60mL/min N2气氛下以1.5-2.5℃/min的速度加热到预设温度并保温1.5-3h，待炉温降至室温，获得CNTs
样品；其中所述预设温度为850-1000℃。
[0006]于本专利技术的一种实施方式中，所述乙酸镍与所述煤焦油沥青之间的重量比例为(0.75-3)：(99.25-97)。
[0007]于本专利技术的一种实施方式中，所述金属无水乙醇溶液中乙酸镍的质量分数为20％-30％。
[0008]于本专利技术的一种实施方式中，所述预设温度为900-950℃。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种由上述所述的煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法获得的碳纳米管。
[0010]综上所述，本专利技术提供一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法，本专利技术的有益效果是：
[0011]本专利技术将镍盐前驱体与煤焦油沥青混合物在高温条件下可以获得CNTs，乙酸镍是煤焦油沥青热解形成CNTs的有效催化剂前驱体，在900-950℃温度范围内是生长CNTs的合适温度范围；当乙酸镍含量小于1％时，CNTs生成量随Ni含量的增加面增多；延长热解时间有利于生成更大长径比的CNTs，最大长径比高达5650；热解生长CNTs过程中顶端和底端两种生长机理并存。本专利技术可为以绿色、环保低成本的煤焦油沥青制备高品质CNTs提供有益途径，提高CNTs生产效果，节约生产成本。
附图说明
[0012]图1为实施例1至3中含铁、钴、镍三种催化剂存在下煤焦油沥青生长CNTs样品的SEM图。
[0013]图2为实施例1中含镍催化剂存在下煤焦油沥青生长CNTs样品的XRD和Raman图。
[0014]图3为实施例1、4至6中Ni催化沥青在850-1000℃内每升高50℃温度下所得相应CNTs样品的SEM照片；其中，图3a：850℃；图3b：900℃；图3c：950℃；图3d：1000℃。
[0015]图4为实施例1、4至6中获得的四个CNTs样品在空气中的热解DTG/T图。
[0016]图5为实施例1、4至6中获得的四个CNTs样品的Raman图和I
D1
/I
G
图。
[0017]图6为实施例1，7至9随着热解时间变化获得四个CNTs样品的SEM图；其中，图6a：90min；图6b：120min；图6c：140min；图6d：180min。
[0018]图7为实施例1、4至6中获得的四个CNTs样品的XRD图。
[0019]图8为不同加入量的镍催化剂获得CNTs样品的SEM图。
[0020]图9为镍加入量为0.75％，热解温度为950℃、热解时间2h获得CNTs样品的透射图。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本
专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术提供一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法，其包括以下步骤：
[0023]1)原料及试剂准备
[0024]煤焦油沥青(CP)由榆林市煤化工产业升级技术研发中心提供。煤焦油沥青未作任何预处理，球磨粉碎后，放置烘箱在130℃烘干3h，自然冷却后过100目筛分，密封于广口瓶备用(SCP)。其它所用化学试剂均为分析纯，购买于天津市科密欧化学试剂有限公司。
[0025]2)向乙酸镍无水乙醇溶液(质量分数为20％-30％)中加入煤焦油沥青，并超声处理20-40min，于75℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤焦油沥青原位热解法制备碳纳米管的方法，其特征在于，其包括以下步骤：1)将煤焦油沥青球磨粉碎后，放置烘箱在130-150℃烘干2.5-3.5h，自然冷却后过100目筛分；2)向乙酸镍无水乙醇溶液中加入煤焦油沥青，并超声处理20-40min，于75℃的恒温水浴锅中干燥2-4h，然后研磨并放入坩埚中，并将坩埚置入温控管式炉，于流速为40-60mL/min N2气氛下以1.5-2.5℃/min的速度加热到预设温度并保温1.5-3h，待炉温降至室温，获得CNTs样品；其中所述预设温度为850-1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢翠英，曹元甲，张智文，冯磊，王震，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：