碳纳米管催化剂及制备方法、碳纳米管流化床制备工艺技术

本申请属于材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管催化剂及其制备方法，以及一种碳纳米管流化床制备工艺。其中，碳纳米管催化剂的制备方法，包括步骤：将金属催化剂盐和金属载体盐配制成金属盐溶液；将碱性沉淀剂溶液和金属盐溶液添加到底液中进行共沉淀反应，将惰性载体与共沉淀液混合处理后，干燥，进行焙烧处理，得到碳纳米管催化剂。本申请制备的碳纳米管催化剂具有粒径均匀、比表面积大、机械强度高等特性，不但具有较高的催化活性，能够优化催化碳纳米管的生长，而且由于具有高强度适用于碳纳米管流化床制备工艺，可用于流化床反应器进行较大通量的气体操作，提高碳纳米管的时空产率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管催化剂及制备方法、碳纳米管流化床制备工艺


[0001]本申请属于材料
，尤其涉及一种碳纳米管催化剂及制备方法，以及一种碳纳米管流化床制备工艺。

技术介绍

[0002]现有化学气相沉积制备碳纳米管的方法，通过把具有相对高温度的碳源注入到反应器中与催化剂反应，采用的催化剂大多由无机固体承载的金属组成。在这些金属中，常用的包括铁、钴、镍、钼，载体材料则选用氧化铝、二氧化硅或氧化镁。催化剂作为碳源分解活性中心以及碳的沉积中心，对裂解产物的形貌和结构起着至关重要的作用。另外，在化学气相沉积法中，流化床反应器是批量化、连续化生产碳纳米管的常用设备。连续流化床能够控制催化剂和生成的含碳材料的聚集状态。
[0003]然而，现有流化床对催化剂要求较高，要求催化剂颗粒的粒径小且大小均一，同时具有一定的机械强度，以免其在反应过程中因相互碰撞磨损导致粉碎。现有用于流化床连续化生产碳纳米管的催化剂，由于强度原因不能进行大通量的气体来生产碳纳米管，影响产率。并且，碳纳米管制备完成后需进行纯化，现有的纯化设备与流化床设备是分开单独设计的，不利于生产的集约化、简单化。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种碳纳米管催化剂及制备方法，以及一种碳纳米管流化床制备工艺，旨在一定程度上解决现有碳纳米管催化剂难以满足流化床生产碳纳米管的需求影响生产效率的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供一种碳纳米管催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将金属催化剂盐和金属载体盐配制成金属盐溶液；
[0008]将碱性沉淀剂溶液和所述金属盐溶液添加到底液中进行共沉淀反应，得到共沉淀液；
[0009]将惰性载体与所述共沉淀液混合处理后，干燥，进行焙烧处理，得到碳纳米管催化剂。
[0010]第二方面，本申请提供一种上述方法制备的碳纳米管催化剂，包括惰性载体和结合在所述惰性载体表面的金属催化剂颗粒，其中，所述金属催化剂颗粒包括金属载体和包覆在所述金属载体表面的金属催化剂。
[0011]第三方面，本申请提供一种碳纳米管流化床制备工艺，包括以下步骤：
[0012]将上述的碳纳米管催化剂在流化床的还原炉中还原处理后，转移至流化床的反应器中，在碳源气氛下进行碳纳米管生长反应，得到粗产物；
[0013]将所述粗产物转移至流化床的纯化单元中，依次进行酸纯化处理和氧化除杂处理，得到碳纳米管。
[0014]本申请第一方面提供的碳纳米管催化剂的制备方法，将金属催化剂盐和金属载体盐配制成金属盐溶液后与碱性沉淀剂溶液在底液中进行共沉淀反应。在共沉淀过程中，金属催化剂盐与金属载体盐相互作用，不但使得分散更均一，降低颗粒之间的团聚现象，而且金属催化剂附着在金属载体相表面形成核壳结构催化剂颗粒，提高催化剂粒径的均一性。然后，采用惰性载体与共沉淀液进行混合处理，使小颗粒核壳结构的金属催化剂颗粒负载到惰性载体的表面，既增大催化剂的机械强度，又通过小颗粒金属催化剂颗粒的负载提高复合催化剂的比表面积。通过焙烧处理使小颗粒金属催化剂颗粒稳定的结合在惰性载体表面，得到粒径均匀、比表面积大、机械强度高的碳纳米管催化剂。不但具有较高的催化活性，能够优化催化碳纳米管的生长，而且由于具有高强度适用于碳纳米管流化床制备工艺，可用于流化床反应器进行较大通量的气体操作，提高碳纳米管的时空产率。
[0015]本申请第二方面提供的碳纳米管催化剂包括惰性载体和结合在所述惰性载体表面的金属催化剂颗粒，其中，所述金属催化剂颗粒包括金属载体和包覆在所述金属载体表面的金属催化剂。一方面，金属催化剂颗粒中金属载体提高了金属催化剂的粒径均一性，提高催化剂机械强度，降低金属催化剂的用量，降低催化剂使用成本；另一方面，核壳结构的金属催化剂颗粒结合在惰性载体表面，以惰性载体为载体相，既能够进一步提高催化剂的机械强度，使其能够适用于碳纳米管流化床制备工艺；又能够避免金属催化剂颗粒之间团聚，使催化剂能够保持小粒径，且有利于提高催化剂颗粒的粒度均一性，提高催化剂的活性比表面积。
[0016]本申请第三方面提供的碳纳米管流化床制备工艺，采用上述碳纳米管催化剂，由于上述催化剂具有粒径均匀、比表面积大、机械强度高等特性，因而适用于碳纳米管流化床制备工艺，可用于流化床反应器进行较大通量的气体操作。对碳纳米管催化剂还原处理后，通入碳源气氛进行碳纳米管生长反应，然后在流化床的纯化单元中依次进行酸纯化处理和氧化除杂处理，得到纯化后的碳纳米管。制备效率高，纯化处理直接在简单改造的流化床设备中进行，简化了传统流化床设备与纯化设备需要分开处理的工艺，降低了生产成本，同时纯化操作简单，纯化效果好，制得的碳纳米管纯度高，结构完整度好。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本申请实施例提供的碳纳米管催化剂的制备方法的流程示意图；
[0019]图2是本申请实施例提供的碳纳米管流化床制备工艺的流程示意图；
[0020]图3是本申请实施例提供的碳纳米管流化床制备工艺的流程及结构示意图。
具体实施方式
[0021]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0022]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0023]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a
‑
b(即a和b)，a
‑
c，b
‑
c，或a
‑
b
‑
c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
[0024]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0025]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属催化剂盐和金属载体盐配制成金属盐溶液；将碱性沉淀剂溶液和所述金属盐溶液添加到底液中进行共沉淀反应，得到共沉淀液；将惰性载体与所述共沉淀液混合处理后，干燥，进行焙烧处理，得到碳纳米管催化剂。2.如权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂盐包括铁盐、钼盐、钴盐、镍盐、钒盐、铬盐、锰盐、钌盐、铅盐、银盐、铂盐、金盐中的至少一种；和/或，所述金属载体盐包括铝盐、镁盐、钙盐中的至少一种；和/或，所述碱性共沉淀剂包括碳酸铵、尿素、氨水中的至少一种；和/或，所述惰性载体包括二氧化硅、分子筛中的至少一种。3.如权利要求2所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液的浓度为0.1～1mol/L；和/或，所述碱性沉淀剂溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；且所述碱性沉淀剂溶液的浓度高于所述金属盐溶液；和/或，所述金属盐溶液中包括所述铁盐和所述钼盐。4.如权利要求3所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中，所述金属催化剂盐与所述金属载体盐的摩尔比为(35～80)：(30～60)；和/或，所述金属盐溶液中，所述铁盐和所述钼盐的摩尔比为(15～40)：(20～40)。5.如权利要求1～4任一项所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应包括步骤：在搅拌状态下，将所述碱性沉淀剂溶液和所述金属盐溶液等体积添加到所述底液中，在温度为60～90℃的条件下反应4～6小时；和/或，所述底液选自水；和/或，所述共沉淀反应的体系中，所述碱性沉淀剂溶液和所述金属盐溶液的总体积与所述底液的体积之比为(60～80)：(20～40)；和/或，将所述惰性载体与所述共沉淀液混合处理后溶液的粘度为15～25Pa
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s；和/或，所述焙烧处理的条件包括：在温度为400～500℃的条件下焙烧3～6小时。6.一种如权利要求1～5任一项所述方法制备的碳纳米管催化剂，其特征在于，包括惰性载体和结合在所述惰性载体表面的金属催化剂颗粒，其中，所述金属催化剂颗粒包括金属载体和包覆在所述金属载体表面的金属催化剂。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝立峰，邓本兴，韩斌斌，李雪松，车晓东，黄辉，王静，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：