專利名稱：一維納米炭材料的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米炭材料，特別提供了一種低成本、大批量氣相分解碳?xì)浠衔锷a(chǎn)一維納米炭材料的方法。
在采用催化熱解法制備一維納米碳材料的報(bào)道中，一般采用碳?xì)錃怏w作為碳源，氫氣、氬氣或者氮?dú)庾鳛橄♂寶夂洼d氣。稀釋氣和載氣的作用主要是夾帶碳源進(jìn)入反應(yīng)，調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程中碳?xì)浔?。在?shí)際的應(yīng)用中，比如發(fā)明專利96115390.3中，為了獲得較高質(zhì)量一維納米炭材料，氫氣、氬氣或者混合氣需要經(jīng)過(guò)純化處理，才有較高純度(主要是水蒸氣、氧氣含量低)，否者，或者得不到產(chǎn)物，或者得到產(chǎn)物雜質(zhì)較多。對(duì)載氣的提純過(guò)程會(huì)大大增加生產(chǎn)成本，不利于一維納米炭材料的工業(yè)化應(yīng)用。
發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為了降低一維納米碳材料的生產(chǎn)成本，使工業(yè)化大批量生產(chǎn)成為可能，本發(fā)明提供了一種一維納米炭材料的生產(chǎn)方法，以碳?xì)錃怏w作為碳源，以稀釋氣和載氣夾帶碳源進(jìn)入反應(yīng)區(qū)催化熱解，其特征在于以氨分解法得到混合氣作為稀釋氣和載氣。
本發(fā)明提出了一種將氨分解得到氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w作為制備一維納米炭材料稀釋氣和載氣的新工藝。眾所周知，氨在一定的溫度和催化劑條件下，可以被分解成氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其中氫氣和氮?dú)獾捏w積比例為(3∶1)，分解反應(yīng)為
把混合氣作為稀釋氣和載氣制備一維納米炭材料，原則上適用于當(dāng)前任何一種氣相催化熱解制備一維納米炭材料的方法。
當(dāng)采用專利96115390.3方法和申請(qǐng)專利01248689.2的設(shè)備時(shí)，由于稀釋氣和載氣中氫氣濃度的變化，使工藝參數(shù)發(fā)生了改變，特別是對(duì)反應(yīng)中氣體流速以及碳?xì)錃怏w的含量和比例。經(jīng)過(guò)調(diào)整工藝過(guò)程碳源供量由專利96115390.3中4×10-4-1.2×10-3克當(dāng)量碳/cm2分鐘，調(diào)節(jié)為1×10-4-1.0×10-2克當(dāng)量碳/cm2分鐘，其中碳源供給減少可以得到直徑在3-10納米的多壁納米碳管，碳源供給增加可以得到直徑較大的氣相生長(zhǎng)碳纖維(直徑在幾個(gè)微米)，稀釋氣和載氣的供量由專利96115390.3中的10-35毫升/厘米2分鐘提高到10-60毫升/厘米2·分鐘，其它條件不變。稀釋氣和載氣供量提高以后，如果碳源的供量不變則得到的一維納米碳材料直徑較細(xì)。因此為了能夠控制得到的一維納米碳材料的直徑需要同時(shí)調(diào)整稀釋氣和載氣與碳源的供量。

圖1和圖2是得到采用氨分解混合氣作為稀釋氣和載氣得到的不同直徑的一維納米炭材料的掃描電鏡照片，其中圖1是直徑在150nm的納米碳纖維，其中雜質(zhì)含量很少，而且納米纖維直徑分布均勻，沒(méi)有發(fā)生彎曲，圖2是直徑在20nm的多壁納米碳管，其中納米碳管發(fā)生了較大的彎曲和纏繞，圖中較亮部位是納米碳管彎曲纏繞，因此其電導(dǎo)性能較差，使該部位反差較大形成的，同時(shí)也有少量的催化劑顆粒分布其中。
本發(fā)明特點(diǎn)1改變了氣相分解碳?xì)浠衔锓椒ㄖ苽湟痪S納米炭材料稀釋氣和載氣，由原來(lái)的氫氣或者其他混合氣變?yōu)榘狈纸夥椒ㄖ苽涞玫綒錃夂偷獨(dú)饣旌蠚?3∶1體積比)作為稀釋氣和載氣。
2通過(guò)調(diào)節(jié)碳源和載氣供量得到了與采用高純純氫或者其它高純氣體相同一維納米炭材料，同時(shí)保持可以控制一維納米炭材料直徑的特點(diǎn)。
3對(duì)于原有設(shè)計(jì)和設(shè)備基本不需要改動(dòng)。
4由于氨氣價(jià)格低廉，所以得到稀釋氣和載氣的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高純氫氣或者其它高純氣體，所以可以大大降低一維納米炭材料的生產(chǎn)成本。
總之，本發(fā)明是對(duì)制備納米碳管工藝過(guò)程的發(fā)明，主要對(duì)稀釋氣和載氣進(jìn)行了使用改進(jìn)，采用氨分解得到的氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庾鳛橄♂寶夂洼d氣，不僅可以降低生產(chǎn)一維納米炭材料成本，而且可以獲得純度較高、直徑可控一維納米碳材料。
實(shí)施例1采用申請(qǐng)專利01248689.2中的設(shè)備，以氨分解得到氫氣和氨氣的混合氣為載氣流量為26毫升/平方厘米·分鐘，C2H2的流量10毫升/平方厘米·分鐘，其余條件和專利96115390.3實(shí)施例1相同，得到和該專利96115390.3實(shí)施例1相似的納米碳管(參見(jiàn)圖2)。
實(shí)施例2采用申請(qǐng)專利01248689.2中的設(shè)備，以氨分解得到氫氣和氨氣的混合氣為載氣流量+C6H6為34毫升/平方厘米·分鐘，其余條件和專利96115390.3實(shí)施例3相同，得到和該專利96115390.3實(shí)施例3相似的納米碳纖維(參見(jiàn)圖1)。
權(quán)利要求
1.一種一維納米炭材料的生產(chǎn)方法，以碳?xì)錃怏w作為碳源，以稀釋氣和載氣夾帶碳源進(jìn)入反應(yīng)區(qū)催化熱解，其特征在于以氨分解法得到混合氣作為稀釋氣和載氣。
2.按照權(quán)利要求1所述一維納米炭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于碳源供量為1×10-4-1.0×10-2克當(dāng)量碳/cm2·分鐘，稀釋氣和載氣的供量為10-60毫升/厘米2分鐘。
3.按照權(quán)利要求1或2所述一維納米炭材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述一維納米炭材料指直徑在500nm以下纖維狀炭材料，主要包括直徑在50nm以下納米炭管和直徑在50-500納米納米炭纖維。
全文摘要
一種一維納米炭材料的生產(chǎn)方法，以碳?xì)錃怏w作為碳源，以稀釋氣和載氣夾帶碳源進(jìn)入反應(yīng)區(qū)催化熱解，其特征在于以氨分解法得到混合氣作為稀釋氣和載氣。本發(fā)明是對(duì)制備納米碳管工藝過(guò)程的發(fā)明，主要對(duì)稀釋氣和載氣進(jìn)行了使用改進(jìn)，采用氨分解得到的氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚庾鳛橄♂寶夂洼d氣，不僅可以降低生產(chǎn)一維納米炭材料成本，而且可以獲得純度較高、直徑可控一維納米碳材料。
文檔編號(hào)C01B31/02GK1426961SQ0113886
公開(kāi)日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月20日
發(fā)明者李洪錫, 成會(huì)明, 李峰, 劉辰光, 白朔, 張國(guó)虎, 李勇, 沈祖洪 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)金納新材料有限公司