[发明专利]具有高比表面积的碳纳米管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载型催化剂的制备方法，并且更具体地，本发明涉及具有大比表面积的碳纳米管及所述碳纳米管的生产方法。

背景技术

碳纳米结构(Carbon nanostructures,CNS)总的来说是指具有各种形状的纳米尺寸的碳结构，如纳米管、纳米绒毛(nanohair)、富勒烯、纳米锥、纳米角(nanohorn)和纳米棒。碳纳米结构由于它们具有优异的特性而能够广泛用于各种技术应用。

碳纳米管(Carbon nanotubes,CNT)是由以六边形排列的碳原子组成的管形材料，并且具有大约1至100nm的直径。碳纳米管显示出源于它们的固有手性的绝缘性、导电性或半导电性能。碳纳米管具有碳原子彼此牢固地共价结合的结构。由于该结构，碳纳米管具有的拉伸强度大约是钢的100倍，是高度挠曲性和弹性的，并且是化学稳定的。

碳纳米管分为三种类型：由单层片组成并具有大约1nm的直径的单壁碳纳米管(SWCNT)；由两层片组成并具有大约1.4至大约3nm的直径的双壁碳纳米管(DWCNT)；以及由三层片或更多层片组成并具有大约5至大约100nm的直径的多壁碳纳米管。

碳纳米管由于它们的高化学稳定性、挠曲性和弹性，正在研究它们在各种工业领域(例如，航空航天、燃料电池、复合材料、生物技术、制药、电学/电子和半导体工业)中的商业化和应用。但是，碳纳米管由于它的一级结构，将直径和长度直接控制至用于实际使用的工业适用的尺寸具有局限。因此，尽管它们优异的物理性能，碳纳米管的工业应用和使用仍受到限制。

碳纳米管通常通过各种技术来生产，如，电弧放电、激光消融和化学气相沉积。但是，电弧放电和激光消融不适合于碳纳米管的大量生产并且需要高电弧生产成本或昂贵的激光设备。使用气相分散催化剂的化学气相沉积具有合成速率极低和最终CNT颗粒的尺寸过小的问题。使用基底负载型催化剂的化学气相沉积在反应器空间的利用上效率极低，因此不适合于CNT的大量生产。因此，目前正在进行化学气相沉积的催化剂和反应条件的研究以提高碳纳米管的产率。

在这些情况下，需要具有大比表面积并且在与聚合物混合期间容易分散在聚合物中并易与聚合物混合的CNT，以此适用于制造具有改善的物理性能的复合材料。

发明内容

技术问题

因此本发明的一个目的是提供具有大比表面积并且在混合期间易分散在聚合物中并易与聚合物混合的束状CNT。

本发明的另外的目的是提供一种以高产率生产所述束状CNT的方法。

技术方案

本发明的一个方面提供BET比表面积至少为200m²/g的束状碳纳米管，其中，所述BET比表面积和通过拉曼光谱测量的G带峰下的积分面积(I_G)与D带峰下的积分面积(I_D)的比(I_G/I_D)满足以下关系：

y＝ax+b

其中，y是所述BET比表面积，x是所述I_G/I_D的比，a是-400至-500的常数，并且b是600至800的常数。

根据一个实施方式，碳纳米管的BET比表面积(y)和I_G/I_D的比(x)满足以下关系：

200≤y≤-427.2x+800

其中，y是所述BET比表面积(m²/g)并且x是所述I_G/I_D的比。

根据本发明的优选实施方式，G带峰下的积分面积(I_G)与D带峰下的积分面积(I_D)的比(I_G/I_D)可为0.7至1.3。

所述碳纳米管可以使用负载型催化剂生产。所述负载型催化剂可以通过步骤来制备：在100至450℃的温度下初次煅烧BET比表面积为1m²/g以下的载体前体以形成载体，在所述载体上负载石墨化金属催化剂，并且在100至500℃的温度下二次煅烧负载在所述载体上的催化剂。

根据本发明的一个实施方式，在使用前，所述负载型催化剂的颗粒尺寸和数均粒径通过分选可分别调整为30至150μm和40至80μm。

根据本发明，所述载体优选基于铝，并且所述载体前体特别优选地为氢氧化铝[Al(OH)₃]。

根据本发明的优选实施方式，所述二次煅烧在100℃至300℃的温度下进行。