一种利用淀粉或纤维素类生物质为碳源合成碳纳米管的方法技术

本发明专利技术属于合成碳纳米管纳米材料技术领域。本发明专利技术提供了以淀粉或纤维素类生物质为碳源的一种碳纳米管合成制备方法。其特征在于所用碳源完全来自于淀粉或纤维素类生物质物质，且只需要将淀粉或纤维素类生物质与催化剂粉沫通过物理方法均匀混合。另外，碳化方法简单通用。只是将按一定比例组成的上述共混物在惰性气体保护下通过高温裂解即得碳纳米管产品。本发明专利技术属于一种利用淀粉或纤维素类生物质为碳源合成碳纳米管的新途径。该方法设备简单，操作方便、重复性好且成本低。使用淀粉或纤维素类生物质为碳源合成碳纳米管属于环境友好、低碳环保且可持续的碳纳米管生产途径。低碳环保且可持续的碳纳米管生产途径。低碳环保且可持续的碳纳米管生产途径。

【技术实现步骤摘要】
一种利用淀粉或纤维素类生物质为碳源合成碳纳米管的方法


[0001]本专利技术属于一种合成碳纳米管材料的
公开了一种以淀粉或纤维素类生物质为碳源的碳纳米管合成制备新方法。

技术介绍

[0002]碳纳米管(CNTs)自1991年被电镜学家在高分辨率透射电镜下发现至今，已发展成为一种能批量生产并在多领域走进实际应用的先进碳纳米材料。碳纳米管属于一种新型独特的碳纳米结构，能够抽象地看作是由六边形的石墨片围绕中心轴以特定的角度螺旋而成的中空管状结构，两端封口或开口。碳纳米管的直径一般不大于50nm，长度一般为微米级，个别可达到毫米或更长。因此其长径比非常大，可以看作是一维量子材料。另外由于其独特的近似一维的管状中空结构，特殊的力学、热学、电磁学等性质，在很多领域中都有着潜在的使用价值。一直以来，碳纳米管的合理有效制备都是化学和物理等学科的研究重点。
[0003]目前，碳纳米管已经实现规模化制备。据报道，2019年全球碳纳米管产量以达到8000 吨以上。然而当前碳纳米管的生产主要是基于化学气相沉积的手段，所用碳源基本上为小分子化石燃料，例如甲烷、乙烯、乙炔和丙烷等。随着石油和煤炭资源的日益枯竭和人们环保意识的逐渐增强，寻找环境友好和可持续的替代碳源已迫在眉睫。
[0004]中国申请专利(申请号200510017038.0)报道了以聚烯烃类废旧塑料为碳源、含镍催化剂和改性蒙脱土、分子筛助剂作用下合成碳纳米管，该方法是一种废旧塑料高值化利用的新途径。然而对于环境友好的可再生的生物质碳源，所报道的专利技术目前还很少。
[0005]中国申请专利(申请号CN102772708A)报道了一种利用生物质废弃物制备氮掺杂碳纳米管包覆金属颗粒复合材料的方法。该方法为两步法制备：第一步是将生物质与KOH物理混合，并在惰性气体保护下裂解碳化制备生物质炭；第二步是将生物质炭与氮源和二价金属催化剂混合并热解。最终得到一种氮掺杂的包覆金属颗粒的碳纳米管材料。
[0006]中国申请专利(申请号CN105217598A)报道了一种利用蔗糖为原料制备碳纳米管的方法。其制备方法是将蔗糖、三聚氰胺、三氯化铁和蒸馏水混合，烘干得到的固体在高温下裂解碳化得到一种大直径的碳纳米管。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有的碳纳米管的合成方法中，碳源高度依赖化石能源及石油化工产品，使得化石能源消耗和环境破坏污染的缺点所做出的改进，提供一种以淀粉或纤维素类生物质为碳源的碳纳米管合成制备新方法。本专利技术采用淀粉或纤维素类生物质为碳源，在铁、钴、镍催化剂的作用下，在惰性气氛下催化裂解制备碳纳米管。提供一种环境友好、低碳环保且可持续的碳纳米管生产途径。
[0008]本专利技术制备碳纳米管的步骤和条件如下：
[0009](1)淀粉或纤维素类生物质碳源的预处理
[0010]所选择的淀粉或纤维素类生物质碳源要经过洗涤干燥和粉碎处理后才能用作合
成碳纳米管的碳源。
[0011](2)粉碎的淀粉或纤维素类生物质与催化剂物理共混
[0012]将粉碎的淀粉或纤维素类生物质与催化剂粉沫进行物理共混。
[0013](3)碳纳米管的制备与提纯
[0014]将步骤(2)制备的共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至700
‑
1200℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。
[0015]将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0016]与现有的制备碳纳米管的技术相比，本专利技术的优点是以淀粉或纤维素类生物质为碳源，碳源价格低廉，来源丰富，环境友好可再生，可以解决以往碳源严重依赖化石燃料及其制品的困境。铁、钴、镍催化剂具有价格低廉，制备方式简单，来源广泛等特点。使用的混合方式为简单的物理共混，裂解装置为一般的化学气相沉积装置，具有使用设备简单易得，操作方便安全，成本较低的特点。综上所述优点，本专利技术的方法制备碳纳米管材料相对其它以小分子化石燃料或聚烯烃等聚合物为碳源合成碳纳米管具有独特的优势。
附图说明
[0017]图1是示出例1制备出的碳纳米管的扫描电子显微镜照片。
[0018]图2是示出例1制备出的碳纳米管的透射电子显微镜照片。
[0019]图3是示出例1制备出的提纯碳纳米管热稳定性测试分析。
[0020]图4是示出例1制备出的提纯碳纳米管的XRD谱图。
[0021]图5是示出例1制备出的碳纳米管的Raman光谱图。
具体实施方式
[0022]实施例1
[0023]按重量比1：5的比例将镍催化剂与可溶性淀粉进行物理共混。将共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至1000℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0024]实施例2
[0025]按重量比1：5的比例将钴催化剂与可溶性淀粉进行物理共混。将共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至1000℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0026]实施例3
[0027]按重量比1：5的比例将铁催化剂与可溶性淀粉进行物理共混。将共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至1000℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0028]实施例4
[0029]按重量比1：5的比例将镍催化剂与稻壳粉进行物理共混。将共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至1000℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0030]实施例5
[0031]按重量比1：5的比例将钴催化剂与稻壳粉进行物理共混。将共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至1000℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0032]实施例6
[0033]按重量比1：5的比例将铁催化剂与稻壳粉进行物理共混。将共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至1000℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。
[0034]实施例7
[0035]按重量比1：5的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用淀粉或纤维素类生物质为碳源的碳纳米管合成方法，特征在于利用淀粉或纤维素类生物质为碳源，具体步骤和条件如下：(1)淀粉或纤维素类生物质碳源的预处理所选择的淀粉或纤维素类生物质碳源要经过洗涤干燥和粉碎处理后才能用作合成碳纳米管的碳源。(2)粉碎的淀粉或纤维素类生物质与催化剂物理共混将粉碎的淀粉或纤维素类生物质与催化剂粉沫进行物理共混。(3)碳纳米管的制备与提纯将步骤(2)制备的共混物放入裂解碳化装置中，利用惰性气体对裂解碳化过程进行保护，将碳化装置升温至700
‑
1200℃进行裂解碳化。裂解碳化后冷却至室温，收集黑色碳产物即为碳纳米管粗产品。将所得的碳纳米管粗产品经过去除催化剂即可得到纯化的碳纳米管产品。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管的合成方法，其特征在于，所用的淀粉或纤维素类生物质是指各种植物秸秆、根、茎和果实，例如玉米秸秆、玉米芯、玉米粒、稻壳、稻秸秆、草、草籽、草根、土豆秸秆、土豆果实等等；所用的淀粉或纤维素类生物质包括经人工处理过的生物质材料，例如各种不同分子量和分子结构的淀粉、不同分子量和分子结构的纤维素、木质素和半纤维素等；所用的固态生物质包括各种生物质废弃物和副产品，例如木粉、土豆皮和其它类似生物质材...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋荣君，杨德世，谭盛男，彭瑞民，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：