[发明专利]一种采用空壳型小晶粒ZSM-5分子筛负载金属催化制备碳纳米管的方法

说明书

本发明公开一种采用空壳型小晶粒ZSM‑5分子筛负载金属催化制备碳纳米管的方法，包括以下步骤：（1）制备金属基催化剂：以空壳型小晶粒ZSM‑5作为载体，将金属盐和所述载体加入去离子水中，超声处理下浸渍2h，过滤、干燥、煅烧，得到金属基催化剂；其中，所述金属盐为钴、铁或镍中至少一种的金属盐；（2）制备碳纳米管：将所述金属基催化剂置于反应装置中，通入惰性气体，然后通入还原性气体，加热至700‑900℃，然后通入碳源，反应1‑24h后再次通入惰性气体，在惰性气体氛围下降温至室温，即得到所述碳纳米管。本发明公开的方法，制备碳纳米管产率高，最终产率能达到15 g/gcat左右。

技术领域

本发明碳纳米管制备技术领域，具体涉及一种采用空壳型小晶粒ZSM-5负载金属催化制备碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管的主要合成技术有三种：电弧法；激光法；化学气相沉积法。化学气相沉积法合成碳纳米管，常采用负载金属作为催化剂，常用的载体有二氧化硅、三氧化二铝、分子筛、氧化钙、氧化镁等。催化剂载体以及载体和催化剂之间的相互作用是制备碳纳米管及其产率的重要影响因素。

Beata Michalkiewicz等报道了Ni/ZSM-5催化甲烷裂解合成碳纳米材料，文章采用市售的ZSM-5分子筛作为催化剂，在不同温度得到不同的碳纳米材料，其中在600^oC可以得到碳纳米管。现有技术中有采用ZSM-5作为载体负载金属来制备碳纳米管的，但是，最终碳纳米管的产率基本不超过8克/克催化剂，这严重制约着化学气相沉积法合成碳纳米管的发展。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种采用空壳型小晶粒ZSM-5负载金属催化制备碳纳米管的方法，最终碳纳米管的产率能达到15 g/gcat。

一种采用空壳型小晶粒ZSM-5分子筛负载金属催化制备碳纳米管的方法，包括以下步骤：

（1）制备金属基催化剂：以空壳型小晶粒ZSM-5作为载体，将金属盐和所述载体加入去离子水中，超声处理下浸渍2h，过滤、干燥、煅烧，得到金属基催化剂；其中，所述金属盐为钴、铁或镍中至少一种的金属盐；

（2）制备碳纳米管：将所述金属基催化剂置于反应装置中，通入惰性气体，然后通入还原性气体，加热至700-900℃，然后通入碳源，反应1-24h后再次通入惰性气体，在惰性气体氛围下降温至室温，即得到所述碳纳米管。

优选地，所述金属基催化剂中，金属按照其对应的金属氧化物的含量计，所述金属氧化物占所述金属基催化剂重量的10-80%。

优选地，所述金属盐为硫酸盐、硝酸盐、乙酰丙酮盐中的任意一种。

优选地，所述煅烧的温度为300-500℃、时间为4-5 h。

优选地，所述碳源为C1-C4的低碳烃。

优选地，所述碳源为甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯中的任意一种。

优选地，所述还原性气体为氢气或者甲烷。

优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种。

优选地，所述碳源的空速为10000mL/g/h-30000mL/g/h，所述还原性气体的空速为10000mL/g/h-30000mL/g/h，所述惰性气体的空速为10000mL/g/h-30000mL/g/h。

优选地，所述超声处理的超声频率为20000Hz，所述干燥的温度为120℃。

本发明所述空壳型小晶粒ZSM-5分子筛为通过专利CN 104150507 B公开的制备方法制备得到的。

本发明的优点：