【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管，具体涉及一种碳纳米管及其生长催化剂前驱体的制备方法。
技术介绍
1、碳纳米管是一种一维管状分子结构的新型功能材料，以其特殊的结构显示出了极强的量子效应和奇异的物理化学性能，在催化、复合材料、储能材料和微电子器件等诸多领域表现出很大的潜在应用前景。其中，在电化学储能领域，由于其超高的电子导电性和相对较大的比表面积，碳纳米管可以直接用作锂离子电池、超级电容器等器件的电极材料，也可用作导电添加剂，与其它的活性材料复合，提高电化学性能。经过多年的开发，碳纳米管已经在导电塑料和电池导电添加剂方面实现了广泛的商业应用。
2、碳纳米管的制备方法有石墨电弧法、化学气相沉积法、激光蒸发石墨法、模板法、凝聚相电解法、有机等离子体喷射法等。其中石墨电弧法方法、激光蒸发石墨法等方法存在产量少，设备要求高或耗能高，不易实现商业化生产的缺点；化学气相沉积法以其设备简单、反应温度低、反应过程容易控制、产量高等优点成为目前制备碳纳米管的主要方法。
3、碳纳米管按管层分可分为单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、多壁碳纳米管，管层越少制备的碳纳米管导电性越好。碳纳米管按聚集状态可分为团聚碳纳米管和阵列碳纳米管，其中阵列碳纳米管是指在一定尺寸曲面或平面基底表面生长制备，通过范德华力的作用在一定方向上协同生长、排列形成一束一束阵列形貌的碳纳米管。团聚碳纳米管生长则没有一定尺寸曲面或平面基底表面，碳管之间相互纠缠生长。与团聚碳纳米管相比，阵列碳纳米管长度和密度更大，取向性更好、易于分散等优点，使其在使用中具有更广阔的市场前景。p>
4、为此，工业界一直在努力制备少壁阵列碳纳米管，减少管层和管径，提高其比表面积。少壁阵列碳纳米管越来越受青睐，但目前市场上高比表面积的少壁阵列碳纳米管产品很少。少壁阵列碳纳米管对催化剂有极高的要求，选取催化剂载体时需考虑后续碳纳米管提纯，不能选择蛭石或含硅载体，后续提纯难以加工，耗能高；以化学气相沉积法制备碳纳米管时，催化剂活性物质尺寸对于cnt的生长和形貌结构的调控也具有重要影响。因此开发一种能够连续化批量制备少壁阵列碳纳米管的方法至关重要。
技术实现思路
1、针对高比表面积的少壁碳纳米管产品少的技术问题，本专利技术提供一种少壁阵列碳纳米管及其生长催化剂前驱体和制备方法，操作简单、成本低廉，条件易于控制，可实现催化剂前驱体和少壁阵列碳纳米管的批量化生产；特别是对于少壁阵列碳纳米管，可直接采用工业旋转炉、流化床、移动床等大型设备实现工业化连续生产，且产物纯度高、比表面积大、导电性优异。
2、本专利技术技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种碳纳米管生长催化剂前驱体的制备方法，包括如下步骤：
4、（1）以活性金属盐、载体金属盐和助剂金属盐配制金属盐溶液，其中活性金属盐为fe盐、co盐、ni盐、cu盐中的至少一种，优选为fe、co、ni、cu的硝酸盐或乙酸盐；
5、载体金属盐为al盐、mg盐中的至少一种；
6、助剂金属盐为mo盐、v盐、mn盐或w盐中的至少一种，助剂金属盐起到物理阻隔的作用，防止活性金属盐颗粒在催化或催化前还原的高温条件下团聚，使其失活或颗粒变大而不利于少壁阵列碳纳米管的生长；
7、（2）向金属盐溶液中加入弱碱性溶液调节ph值，混合均匀，改变络合剂电离h的能力；
8、（3）向金属盐溶液中加入络合剂，搅拌络合；
9、（4）将络合后的溶液烘干，收集得到碳纳米管生长催化剂前驱体。
10、进一步的，活性金属盐、载体金属盐和助剂金属盐中金属元素的质量比为（0.175-0.5）：（0.07-0.5）：1。
11、进一步的，弱碱性溶液为碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液、尿素溶液或氨水中的至少一种，碳酸铵溶液、碳酸氢铵溶液、尿素溶液的溶剂为水、甲醇、乙醇的至少一种；
12、弱碱性溶液质量为活性金属盐、载体金属盐和助剂金属盐总质量的10%-60%。
13、进一步的，络合剂为柠檬酸、乙二胺四乙酸盐中的至少一种；
14、络合剂的质量为活性金属盐、载体金属盐和助剂金属盐总质量的30%-110%；
15、络合温度为常温。
16、进一步的，干燥温度为80-200℃，优选为110-180℃，干燥时间为6-12h。
17、第二方面，本专利技术提供一种采用上述制备方法生产的碳纳米管生长催化剂前驱体。
18、第三方面，本专利技术还提供一种采用上述碳纳米管生长催化剂前驱体制备少壁阵列碳纳米管的方法，具体为在保护气氛下，先通入还原性气体使催化剂活化，再通入碳源，在催化剂作用下进行化学气相沉积，得到少壁阵列碳纳米管。
19、进一步的，保护气氛为惰性气体气氛，惰性气体选自氮气、氩气或氦气。
20、进一步的，还原性气体为氢气或二氧化碳。
21、进一步的，碳源为烃类气态物质，如甲烷、乙烯或丙烯。
22、进一步的，化学气相沉积的反应温度为640-730℃，优选为650-680℃，反应时间为30-70min。
23、本专利技术的有益效果在于：
24、1、本专利技术采用简单的催化剂前驱体制备方法，通过选取合适种类、配比的活性组分、助剂组分以及载体组分，配合优化的工艺条件能够以较高倍率（15-50）生长少壁阵列碳纳米管。
25、2、本专利技术制备方法操作简单，工艺稳定，产品均匀性好，批次稳定性好，可实现批量化生产。
26、3、本专利技术制备的少壁阵列碳纳米管采用传统的提纯工艺即可达到纯度99.9%以上，提纯难度低，成本低。
27、4、本专利技术制备的少壁阵列碳纳米管比表面积可达300m2/g以上，通过调节工艺参数，制备出的碳纳米管比表面积可以达到450m2/g以上、500m2/g以上、600m2/g以上。
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1.一种碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管的比表面积不小于600m2/g。
2.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管为少壁碳纳米管，所述碳纳米管的管层为2-4层。
3.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管采用化学气相沉积法制备，所述化学气相沉积法的反应温度为650-680℃，反应时间为30-70min。
4.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，制备所述碳纳米管的催化剂前驱体呈片层分布，活性金属盐均匀分散在片层中。
5.如权利要求4所述的碳纳米管，其特征在于，所述活性金属盐的颗粒直径为3-4nm。
6.如权利要求4所述的碳纳米管，其特征在于，所述催化剂前驱体还包括助剂金属盐，所述助剂金属盐为Mo盐、V盐、Mn盐或W盐中的至少一种。
7.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，制备所述碳纳米管的生长倍率为15-50倍。
8.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，制备所述碳纳米管的碳源为烃类气态物质。
9.一种制备如权利要求1-8任一所述的碳纳米管的生长
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管的比表面积不小于600m2/g。
2.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管为少壁碳纳米管，所述碳纳米管的管层为2-4层。
3.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，所述碳纳米管采用化学气相沉积法制备，所述化学气相沉积法的反应温度为650-680℃，反应时间为30-70min。
4.如权利要求1所述的碳纳米管，其特征在于，制备所述碳纳米管的催化剂前驱体呈片层分布，活性金属盐均匀分散在片层中。
5.如权利要求4所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：王莲莲，李岩，耿磊，
申请(专利权)人：山东大展纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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