本發(fā)明屬于碳材料領(lǐng)域，具體地涉及到一種高比表面積碳納米管的制備方法。

背景技術(shù)：

1、碳納米管具有獨特的中空結(jié)構(gòu)、較強的吸附能力、優(yōu)良的導(dǎo)電性，是理想的催化劑載體并具有分離光生電子-空穴的潛力。碳納米管的制備方法主要有電弧法、化學(xué)氣相沉積法、激光蒸發(fā)法、太陽能法和低溫固態(tài)熱解法等。但上述方法所制備的碳納米管共同的不足是比表面積較小，特別是多壁碳納米管，如不經(jīng)過特殊處理，一般比表面積不大于200?m2/g，這樣就嚴重影響了碳納米管在吸附分離、電極等方面的應(yīng)用性能，因為這些領(lǐng)域通常要求材料具有較大的比表面積來容納吸附質(zhì)和電解液，如碳納米管用作儲氫材料，其比表面積的大小就具有決定性的意義。

2、化工進展（2010,?29(4)：704-709）以水蒸氣為活化劑，在氮氣保護下微波碳化制備活性納米碳纖維，其比表面積顯著增加，微孔孔容在總孔容中占較大比例；電子元件與材料（2010,?29(6)：28-30）以石油焦為原料，koh為活化劑，經(jīng)微波加熱活化，制備出了有較大的比表面積的活性炭電極材料。cn114477141a將碳源、有機鐵催化劑和助催化劑的混合制備混合漿料，使用h2或ar/h2混合載氣，通到微波等離子云反應(yīng)設(shè)備中，原位反應(yīng)連續(xù)生成寡壁碳納米管纖維，具有較大的比表面積。

3、上述改性方法有利于提高碳納米管的比表面積，但制備過程繁瑣，操作復(fù)雜，強堿對碳納米管的內(nèi)表面的作用有限。同時，大量的強堿對環(huán)境的污染嚴重。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高比表面積碳納米管的制備方法。本發(fā)明通過微波處理吸附特定配方堿液的碳納米管，極大的提高了碳納米管的比表面積，操作簡單，堿用量少，污染小，有著良好的應(yīng)用前景。

2、本發(fā)明的高比表面積碳納米管的制備方法，包括如下內(nèi)容：

3、（1）將多壁碳納米管加入堿液中，通過超聲分散進行混合，得到黑色懸濁液；

4、（2）將步驟（1）的黑色懸濁液進行固液分離和干燥，得到吸附后的碳納米管；

5、（3）將步驟（2）得到的碳納米管置于微波加熱裝置中，在惰性氣氛、密閉條件下進行微波處理，得到高比表面積碳納米管。

6、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的多壁碳納米管，長度為5-30μm，管內(nèi)徑為3-25nm，壁厚為5-25nm，比表面積10-300m2/g，納米管的長徑比為200-1500；多壁碳納米管可以采用市售商品或自制。

7、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的堿液包括無機堿、水、低碳醇和酰胺；以堿液質(zhì)量計各組分質(zhì)量百分比為：無機堿為10%-40%、水為40%-80%、低碳醇為5%-20%和酰胺為1%-10%。

8、其中，所述的無機堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣和氫氧化銫中的一種或多種。所述的低碳醇為碳數(shù)不大于5的一元醇及多元醇，優(yōu)選為甲醇、乙醇或丙醇中的一種或多種。

9、所述的酰胺為甲酰胺、乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種或多種。本發(fā)明方法中，步驟（1）所述堿液的用量要保證能夠充分潤濕碳納米管粉體，且以最終堿負載量為碳納米管質(zhì)量的10%-100%，進一步優(yōu)選按照等體積浸漬法確定浸漬固液質(zhì)量比，且堿的負載量為20%-40%。

10、本發(fā)明方法中，步驟（1）所述的超聲分散處理條件為：超聲處理時間為5-60分鐘，超聲功率為40-720w，超聲頻率20-100khz，超聲溫度5-90℃。超聲分散處理條件優(yōu)選為：時間10-30分鐘，功率為40-100w，超聲頻率20-60khz，超聲溫度10-60℃。

11、本發(fā)明方法中，步驟（2）所述的固液分離為常規(guī)的干方式，包括且不限于過濾，離心、沉淀等手段。

12、本發(fā)明方法中，步驟（2）所述的干燥條件為：干燥溫度30-200℃，干燥時間1-24小時，優(yōu)選為干燥溫度100-150℃，干燥時間3-12小時。

13、步驟（2）所述的干燥，進一步優(yōu)選為真空干燥，操作條件為，壓力0-100pa，溫度20-200℃，時間3-24小時，優(yōu)選為壓力0-40pa，溫度100-150℃，時間6-12小時。

14、本發(fā)明方法中，步驟（3）所述的微波處理條件為：微波頻率為0.3~100ghz，微波功率為200～4000w，處理時間為5-60分鐘，處理溫度為200-500℃，優(yōu)選為：微波頻率為2.40~2.50ghz，微波功率為400～2500w，處理時間為10-30分鐘，處理溫度為300-450℃。

15、本發(fā)明方法中，步驟（3）所述的惰性氣氛為惰性氣體和/或氮氣。

16、本發(fā)明方法制備的高比表面碳納米管具有如下性質(zhì)：長度為2-30μm，管內(nèi)徑為2-20nm，壁厚為3-25nm，比表面積800-2000m2/g，納米管的長徑比為100-1400。

17、本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：本發(fā)明的多壁碳納米管通過吸附特定配方的堿液與處理工藝，極大地提高了產(chǎn)品的比表面積，反應(yīng)時間短、堿用量少、安全環(huán)保。其中堿液中的低碳醇能夠降低溶液的表面張力，結(jié)合超聲作用使碳納米管內(nèi)外都能夠充分吸附堿液，堿液中含有的酰胺，能夠抑制堿液在微波處理過程中的聚集，提高微波改性的均勻性；同時在密閉惰性氣氛下活化可使碳納米管微觀膨脹，有利于堿對碳納米管刻蝕，產(chǎn)生缺陷，提高比表面積。圖說明

技術(shù)特征：

1.一種高比表面積碳納米管的制備方法，其特征在于包括如下內(nèi)容：（1）將多壁碳納米管加入堿液中，通過超聲分散進行混合，得到黑色懸濁液；（2）將步驟（1）的黑色懸濁液進行固液分離和干燥，得到吸附后的碳納米管；（3）將步驟（2）得到的碳納米管置于微波加熱裝置中，在惰性氣氛、密閉條件下進行微波處理，得到高比表面積碳納米管。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的多壁碳納米管，長度為5-30μm，管內(nèi)徑為3-25nm，壁厚為5-25nm，比表面積10-300m2/g，納米管的長徑比為200-1500。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的堿液包括無機堿、水、低碳醇和酰胺；以堿液質(zhì)量計各組分質(zhì)量百分比為：無機堿為10%-40%、水為40%-80%、低碳醇為5%-20%和酰胺為1%-10%。

4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述的無機堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銣和氫氧化銫中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述的低碳醇為碳數(shù)不大于5的一元醇及多元醇，優(yōu)選為甲醇、乙醇或丙醇中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述的酰胺為甲酰胺、乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述堿液的用量要保證能夠充分潤濕碳納米管粉體，且以最終堿負載量為碳納米管質(zhì)量的10%-100%，優(yōu)選堿負載量為20%-40%。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）所述的超聲分散處理條件為：超聲處理時間為5-60分鐘，超聲功率為40-720w，超聲頻率20-100khz，超聲溫度5-90℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（2）所述的干燥條件為：干燥溫度30-200℃，干燥時間1-24小時。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（3）所述的微波處理條件為：微波頻率為0.3~100ghz，微波功率為200～4000w，處理時間為5-60分鐘，處理溫度為200-500℃；優(yōu)選為：微波頻率為2.40~2.50ghz，微波功率為400～2500w，處理時間為10-30分鐘，處理溫度為300-450℃。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（3）所述的惰性氣氛為惰性氣體和/或氮氣。

12.根據(jù)權(quán)利要求1~11所述的方法制備的高比表面積碳納米管，其特征在于具有如下性質(zhì)：長度為2-30μm，管內(nèi)徑為2-20nm，壁厚為3-25nm，比表面積800-2000m2/g，納米管的長徑比為100-1400。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高比表面積碳納米管的制備方法。本發(fā)明的高比表面積碳納米管的制備方法，包括如下內(nèi)容：（1）將多壁碳納米管加入堿液中，通過超聲分散進行混合，得到黑色懸濁液；（2）將步驟（1）的黑色懸濁液進行固液分離和干燥，得到吸附后的碳納米管；（3）將步驟（2）得到的碳納米管置于微波加熱裝置中，在惰性氣氛、密閉條件下進行微波處理，得到高比表面積碳納米管。本發(fā)明通過微波處理吸附特定配方堿液的碳納米管，極大的提高了碳納米管的比表面積，操作簡單，堿用量少，污染小，有著良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：劉嘉琪,楊衛(wèi)亞,張會成,王家興
受保護的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10