[发明专利]在流化床反应器中生产碳纳米管的方法

说明书

本发明涉及一种在流化床反应器中生产碳纳米管的方法，其包括通过将催化剂和碳源供给到具有0.5barg至1.2barg(表压)的内部压力的流化床反应器的内部来制备碳纳米管，从而提高碳纳米管的产率和纯度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月8日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2017-0071867的韩国专利申请的优先权的权益，其公开通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及一种在流化床反应器中生产碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管由于石墨固有的一维结构和电结构而具有非常低的电阻值。例如，单壁碳纳米管的电阻值仅为铜的电阻值的1/100。另外，碳纳米管的载流量具有独特的电特性，是铜的电特性的1,000倍。此外，碳纳米管在碳和碳之间具有sp2键，因此具有相对较高的刚性和强度。碳纳米管的特征在于其导热率是金刚石的两倍，并且碳纳米管在大气中具有高达750℃的优异的热稳定性。碳纳米管根据卷绕形状而具有导体的特性或半导体的特性。进一步地，碳纳米管的能隙根据直径而变化，并且由于一维结构而表现出其独特的量子效应。

由于具有这种独特的结构和特性，显示器、存储器装置、储氢材料和纳米复合材料领域正在对碳纳米管进行积极的研究。进一步地，碳纳米管可以通过为工程塑料复合材料提供导电性而应用于电气产品和电子产品，并且可以用作用于屏蔽电磁波和防止电气化的高附加值材料。这种碳纳米管通常价格昂贵，因此需要以相对较低的成本大量合成碳纳米管，以用于各种领域。

碳纳米管通过诸如放电、激光沉积、化学气相沉积等的各种方法合成。在化学气相沉积法的情况下，碳纳米管通常可以通过在高温流化床反应器中使金属催化剂颗粒和烃类原料气体分散并反应来制备。例如，金属催化剂在通过原料气体而漂浮在流化床反应器中的同时与原料气体反应以生长碳纳米管。

然而，碳纳米管的形成和所形成的碳纳米管的性质仍可能通过以下组合以复杂的方式受到影响：金属组分或用作催化剂的各种金属组分、载体材料、催化剂和载体之间的相互作用、反应物气体及其分压、氢气或附加气体的混合、反应温度和停留时间以及所使用的反应器。工业过程要求能够适用于生产过程。

发明内容

本公开的一方面在于提供一种生产具有提高的产率和纯度的碳纳米管的方法。

根据本公开的方面，一种在流化床反应器中生产碳纳米管的方法包括通过将催化剂和碳源供给到具有0.5barg至1.2barg(表压)的内部压力的流化床反应器的内部来制备碳纳米管。

流化床反应器可以具有530℃至1100℃的内部温度。

碳源可以是选自由具有1至4个碳原子的饱和烃和不饱和烃构成的组中的一个或多个。

催化剂可以是金属催化剂。

金属催化剂可以是选自由以下构成的组中的一种金属：铁(Fe)、钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、镉(Cd)、锌(Zn)、钌(Ru)、铅(Pd)、银(Ag)、铂(Pt)和金(Au)或选自其合金的任何一种。

碳纳米管可以具有0.4nm至10nm的直径。

碳纳米管可以由1至10层构成。

附图说明

从结合附图的以下详细描述中，本公开的上述和其它方面、特征和优点将更加清楚地理解，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的流化床反应器的内部压力的碳纳米管的产率的示图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的流化床反应器的内部压力的每单位催化剂的碳纳米管产量的示图；以及