【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体涉及一种碳纳米管催化剂及其制备方法和应用，特别涉及一种钴铁氧体碳纳米管催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
1、碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，其独特的结构及优良的力学、电学和化学等性能，吸引了材料、物理、电子、化学等领域众多科学家的广泛关注，是国际新材料领域的研究前沿和热点。
2、目前，关于碳纳米管的特性和制备方法的研究已取得很大的进展，重点正在转向其规模化生产和应用领域的研究。工业化生产碳纳米管的主要方法有电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法，其中化学气相沉积法(cvd)凭借其成本低、产量大、理化条件容易实现等优势而成为行业主流。
3、碳纳米管制备的关键在于合成收率高、成本低、催化活性高、生长的碳管形貌良好的催化剂。铁、钴、镍是常见的金属催化元素，常见以氧化铝、氧化镁为载体，添加钼、镧、钇、锰等金属作为助剂。
4、专利cn114524466a提供了一种碳纳米管催化剂制备方法，通过先后添加两种不同络合剂，经炭化、焙烧处理，粉碎过筛制得金属氧化物催化剂。该方法步骤繁琐，需要严格控制温度在500℃以下，否则催化剂容易烧结失活，而碳纳米管的生长温度一般为680-1200℃，远远高于煅烧温度，使得其效率低下。
5、催化剂的优良与否很大程度上取决于颗粒的大小，粒径小的催化剂可便于碳源气在高温裂解时吸附在颗粒表面上生长，纳米级的催化剂颗粒更有利于捕捉碳原子。
6、专利cn110586115a提供了一种碳纳米管催化剂及其制备方法，该方法通过添加第
7、专利cn102010577a公开了一种稀土掺杂铁氧体/聚噻吩/碳纳米管微波吸收剂的制备方法，该方法为得到具有良好频率特性和吸波性能的复合材料，采用自蔓延-溶胶凝胶法得到掺杂铁氧体复合物，再将该复合物与现成的聚噻吩、碳纳米管通过有机溶剂溶解，超声分散，以实现复合材料的轻量化。该技术方案中，铁氧体复合物采用的自蔓延-溶胶凝胶法制备，其目的在于得到均匀分布的活性位点，避免局部过度活性或失活，便于在后续与碳纳米管复合时得到均匀的复合材料。其中，金属铁、钡等作为吸波材料，而为了发挥各金属组分铁、钡在吸波性能方面的作用，通过添加一定比例的镧、钕，并调整组分比例及反应温度，使稀土元素能够与铁钡合金相发生相互作用，增加晶粒界面的能量，促进晶粒的生长，使晶体的平均晶粒尺寸增大，从降低晶界电阻率。该技术方案中制备的掺杂铁氧体复合物对晶粒尺寸的要求与碳纳米管催化剂的要求相反。
8、本专利技术的目的在于提供一种晶粒尺寸小的钴铁氧体碳纳米管催化剂，提高其催化活性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种碳纳米管催化剂及其制备方法，制备的催化剂颗粒均匀、晶粒尺寸小，催化活性强，且大幅度降低了碳纳米管生长温度。
2、本专利技术的第一个方面，是提供一种碳纳米管催化剂的制备方法，包括如下步骤：
3、步骤s1，配置含有co2+：fe3+：la3+：al3+的混合溶液，其中各金属离子的摩尔比co：fe：la：al＝1：(1-3)：(0.1-0.5)：(1-8)；
4、具体的，co：fe：la：al的摩尔比可以为1:1:0.1:1、1:1:0.1:5、1:1:0.1:8、1:1:0.3:1、1:1:0.3:3、1:1:0.3:5、1:1:0.3:8、1:1:0.5:1、1:1:0.5:3、1:1:0.5:5、1:1:0.5:8、1:2:0.1:1、1:2:0.1:5、1:2:0.1:8、1:2:0.3:1、1:2:0.3:3、1:2:0.3:5、1:2:0.3:8、1:2:0.5:1、1:2:0.5:3、1:2:0.5:5、1:2:0.5:8、1:3:0.1:1、1:3:0.1:5、1:3:0.1:8、1:3:0.3:1、1:3:0.3:3、1:3:0.3:5、1:3:0.3:8、1:3:0.5:1、1:3:0.5:3、1:3:0.5:5、1:3:0.5:8，或该范围内的其他比例值。
5、步骤s2，加入络合剂并混匀，保持溶液温度在70-80℃；其中络合剂为柠檬酸、酒石酸、葡萄糖酸中的一种，且络合剂与溶液中金属离子的摩尔比为1-10:10；
6、具体的，络合剂与溶液中金属离子的摩尔比可以为1:10、2:10、3:10、4:10、5:10、6:10、7:10、8:10、9:10或1:1，也可以为该范围内的其他值；
7、溶液温度可以为70℃、75℃或80℃，也可以为该范围内的其他温度值。
8、步骤s3，加入氨水调节ph至7-8，保持溶液温度在70-80℃，搅拌，直至溶液成为溶胶状；
9、通过有机酸的络合作用，使得溶液在搅拌过程中不断发生水解和缩合反应，进而形成分散均匀的溶胶体系；氨水用于中和过量的络合剂。溶胶形成的温度可以为70℃、75℃或80℃，也可以为该范围内的其他温度值。
10、步骤s4，将溶胶静置形成凝胶，并将凝胶在100-300℃加热3-6h，硝酸盐与络合剂发生氧化还原反应，继而引发自蔓延燃烧，形成疏松的前驱体粉末；
11、具体的，随着水解和缩合过程的进行，溶剂不断被蒸发消耗，浓度随之增大，溶液被浓缩以及悬浮体系的稳定性遭到破坏，从而发生胶凝化。通过低温烘干发泡，硝酸盐与络合剂发生氧化还原反应，其中no3-提供氧化气氛，络合剂中的羧基作为燃料，二者发生“原位”氧化-还原反应，继而引发自蔓延燃烧，形成疏松的前驱体粉末。其中，加热温度可以为100℃、150℃、200℃、250℃或300℃，也可以为该范围内的其他值；加热时间可以为3h、4h、5h或6h，也可以为该范围内的其他时间值。
12、步骤s5，将前驱体粉末置于700-900℃温度下煅烧1-3h，形成鳞片状疏松的表面微观结构；随炉冷却，当温度降低至400-500℃时，在氩气保护下通入氢气还原煅烧得到碳纳米管催化剂，所述碳纳米管催化剂的表面为鳞片状堆叠颗粒。
13、具体的，催化剂的煅烧分为两个阶段，其中第一阶段的煅烧温度可以为700℃、750℃、800℃、850℃或900℃，也可以为该范围内的其他值；第二阶段的煅烧温度可以为400℃、420℃、450℃、480℃或500℃，也可以为该范围内的其他值。
14、进一步地，步骤s5中，以12-15℃/min的升温速率上升至煅烧温度；还原煅烧过程中，通入氩气与氢气的流速比为10-20：1，氢气还原时间为1-2h。具体的，升温速率可以为12℃/min、13℃/min、14℃/min或15℃/min，也可以为该范围内的其他值；氩气与氢气的流速比可以为10:1、15:1或20:1，也可以为该范围内的其他值。
15、进一步地，co2+、fe3+、la3+、al3+均选本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S5中，以12-15℃/min的升温速率上升至煅烧温度；还原煅烧过程中，通入氩气与氢气的流速比为10-20：1，氢气还原时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，Co2+、Fe3+、La3+、Al3+均选自硝酸盐化合物。
4.一种碳纳米管催化剂，其特征在于，由权利要求1中所述的方法制备得到。
5.一种如权利要求4所述的碳纳米管催化剂在制备碳纳米管中的应用。
6.一种碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述碳源气体为乙烯、丙烯、甲烷、丙烷、乙炔中的一种。
【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，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s5中，以12-15℃/min的升温速率上升至煅烧温度；还原煅烧过程中，通入氩气与氢气的流速比为10-20：1，氢气还原时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管催化剂的制备方法，其特征在于，co2+、fe3+、la3+、...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘愚，李业军，李俊雄，龚俊，龚进，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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