[发明专利]在水泥熟料上连续、大规模合成碳纳米管的方法及纳米结构产品

权利要求书

1.碳纳米管合成方法，其特征在于，使用通过锚固过渡金属而富集的水泥熟料作为用于生长碳纳米管的催化载体，其包括以下阶段：

i)用于在固相和/或液相中使水泥熟料富集有包含过渡金属阳离子例如Ti、Cr、Mn、Cu、Mo、W和Al、Ta、Rh、Pt、Pd、Au、Ir、Ru、Nb、Zr，优选Fe、Co和Ni的过渡金属氧化物和/或盐的方法；

ii)将经富集的熟料引入到受控制和还原性气氛的窑炉中，在用于引起热解反应的高温下注入轻烃和加入作为载体的惰性气体，从而通过化学气相沉积生长碳纳米管。

2.碳纳米管合成方法，根据权利要求的1的阶段(i)，其特征在于，其通过过渡金属的金属或氧化物或有机金属化合物与以下相的物理混合物在固相中进行：由水泥熟料前体C₃S(3CaO-SiO₂)和C₂S(2CaO-SiO₂)、铝酸钙C₃A(3CaO-Al₂O₃)、优选铁铝酸钙C₄AF(4CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃)、碱金属或碱土金属的氧化物载体、碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐、铝硅酸盐、碱土金属氧化物、过渡金属或半金属，例如Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO的煅烧产生的相，或者由这些化合物的组合产生的相。

3.根据权利要求1和2的碳纳米管合成方法，其特征在于，当制备粘土和石灰石混合物或者在它们煅烧后即优选在水泥熟料制备后，将过渡金属氧化物或化合物或者它们的混合物引入固相中。

4.碳纳米管合成方法，根据权利要求1的阶段(i)，其特征在于，将熟料在其液相中富集的方法包括通过下面步骤将过渡金属离子加入到水泥熟料中：

I)将作为溶质的过渡金属化合物溶解在作为溶剂的非限制性无水和挥发性极性有机液体中；

II)将含有掺杂剂金属的溶液混合到水泥熟料中直到得到均质混合物，包括用于蒸发所述溶剂的后干燥步骤；

III)将所述混合物在200℃-800℃，优选800℃的温度下煅烧。

5.根据权利要求1-4的碳纳米管合成方法，其特征在于，使用相对于水泥熟料浓度为0.1％-10％不等的过渡金属。

6.根据权利要求1-5的碳纳米管合成方法，其特征在于，包含以下阴离子：硫酸根、硝酸根、草酸根、柠檬酸根、磷酸根、乙酸根或过渡金属有机金属化合物。

7.根据权利要求1的碳纳米管合成方法，其特征在于，包含作为用于生长碳纳米管的催化载体且不具有过渡金属前体的水泥熟料。

8.大规模连续合成碳纳米管的方法，根据权利要求1的阶段(ii)，其特征在于，包含一般如轻烃的碳前体源，例如甲烷、乙烯、丙烷、乙炔、一氧化碳、天然气，优选天然气。

9.大规模连续合成碳纳米管的方法，根据权利要求1的阶段(ii)，其特征在于，包含作为载带剂的惰性气体，例如氮气、氩气、氦气，优选氮气。

10.大规模连续合成碳纳米管的方法，根据权利要求1的阶段(ii)，其特征在于，在任选为管状、倾斜和旋转(旋转的中心截面)的窑炉中进行碳纳米管在水泥熟料粉末上的均匀生长。

11.根据权利要求10的大规模连续合成碳纳米管的方法，其特征在于，水泥熟料在窑炉内的持久程度通过其倾斜度的变化进行控制。

12.大规模连续合成碳纳米管的方法，根据权利要求1的阶段(ii)，其特征在于，包括600℃-1,400℃，优选在800℃的温度。

13.大规模连续合成碳纳米管的方法，根据权利要求1的阶段(ii)，其特征在于，总压力接近或高于大气压。

14.大规模连续合成碳纳米管的方法，根据权利要求1的阶段(ii)，其特征在于，包括受控制气氛以便防止环境氧气进入。

15.根据权利要求1的大规模连续合成碳纳米管的方法，其特征在于，包括在水泥熟料相上碳纳米管的原位合成催化反应。