本發(fā)明涉及碳納米管領(lǐng)域，具體地，涉及一種催化劑及其制備方法和碳納米管及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有制備碳納米管的主要采用催化劑與流化床反應(yīng)器，常規(guī)催化劑易于在反應(yīng)器中結(jié)塊，為減少結(jié)塊提高運行周期，目前主流技術(shù)采用多級反應(yīng)器，即在第一流化床反應(yīng)器中使催化劑生長出一定量的碳納米管作為“種子”，隨后，“種子”被轉(zhuǎn)移至第二流化床反應(yīng)器，繼續(xù)和碳源進行反應(yīng)?！胺N子”的引入能夠延長第二流化床反應(yīng)器的生產(chǎn)周期，減少停機次數(shù)。然而，第一流化床反應(yīng)器仍面臨結(jié)塊嚴重的問題，嚴重降低運行周期，增加了操作的復(fù)雜度和成本，還加劇了設(shè)備老化和安全風(fēng)險，同時造成了不必要的能源浪費。

2、因此，如何優(yōu)化“種子”制備方法以及“種子”結(jié)構(gòu)，減少初始結(jié)團，從而減少并有效控制反應(yīng)器壁面的結(jié)塊現(xiàn)象，實現(xiàn)反應(yīng)器運行周期極大提升，是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提供了一種催化劑及其制備方法和碳納米管及其制備方法。

2、為了達到上述目的，作為本發(fā)明的第一個方面，公開了一種催化劑，所述催化劑用于合成碳納米管，所述催化劑包括：

3、主體，所述主體包括多個催化金屬顆粒和多個載體顆粒，至少一部分所述催化金屬顆粒被所述載體顆粒負載；和

4、分散劑，所述分散劑的表面積大于所述主體的表面積，所述分散劑具有多孔結(jié)構(gòu)，使得所述主體被分散劑吸附，所述分散劑的密度小于所述主體的密度，所述分散劑包括非極性的導(dǎo)電材料。

5、進一步地，所述主體吸附于所述分散劑的表面和/或內(nèi)部。

6、進一步地，在所述催化劑中，所述分散劑的重量百分比大于所述主體的重量百分比。

7、進一步地，所述分散劑包括碳納米管、炭黑和納米多孔碳中的至少一種。

8、進一步地，所述催化金屬顆粒包含鐵、鈷、鎳和鉬元素中的至少一種。

9、進一步地，所述載體顆粒包括具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。

10、進一步地，所述催化劑的平均粒徑小于或等于100μm。

11、作為本發(fā)明的第二個方面，公開了一種用于合成碳納米管的催化劑的制備方法，包括：

12、提供初始催化金屬粉末、初始載體粉末和初始分散劑粉末；

13、將所述初始催化金屬粉末和初始載體粉末溶解，得到混合液；

14、將所述初始分散劑粉末與所述混合液混合，得到初始催化劑；

15、對所述初始催化劑進行煅燒處理，得到上述的催化劑。

16、進一步地，對所述初始催化劑進行煅燒處理，得到所述催化劑包括：

17、對所述初始催化劑進行干燥，得到第一催化劑，其中，干燥溫度在60℃至100℃范圍內(nèi)；

18、對所述第一催化劑進行煅燒，得到第二催化劑，其中，煅燒溫度在300℃至400℃范圍內(nèi)，煅燒時間在0.5小時至1小時之間；

19、對所述第二催化劑進行粉碎，得到所述催化劑。

20、作為本發(fā)明的第三個方面，公開了一種碳納米管的制備方法，包括：

21、將上述的催化劑放入流化床反應(yīng)器中；

22、通入設(shè)定比例的碳源與惰性氣體的混合氣體至反應(yīng)器內(nèi)，使所述催化劑處于流化狀態(tài)；

23、對所述流化床反應(yīng)器內(nèi)加熱到設(shè)定溫度反應(yīng)，得到所述碳納米管。

24、進一步地，所述設(shè)定溫度在680至750?℃范圍內(nèi)。

25、作為本發(fā)明的第四個方面，公開了一種碳納米管，所述碳納米管采用上述的碳納米管的制備方法制備獲得。

26、本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)依賴流化床反應(yīng)器直接生成“種子”的方法，采用一種新的催化劑及其結(jié)構(gòu)，構(gòu)造了分散劑吸附并包裹主體的催化劑結(jié)構(gòu)，從而有效抑制了流化床生產(chǎn)過程中反應(yīng)器壁結(jié)塊結(jié)片的問題。

27、催化劑中包括主體，主體包括個催化金屬顆粒和多個載體顆粒，催化金屬顆粒被載體顆粒負載，使得主體能夠在后續(xù)流化床反應(yīng)器中催化金屬顆粒被載體分散形成間隔，以防止催化金屬顆粒團聚，使催化金屬顆粒具有更多的表面積，從而增加了更多碳納米管生長的活性點位，提高了催化劑的活性和生長效率。從而生長出質(zhì)量更好、產(chǎn)量更多的碳納米管。

28、更為重要的是，催化劑還包括分散劑，分散劑具有多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)的存在使得分散劑具有很強的吸附能力，使得催化劑主體被分散劑吸附，更多的催化劑主體被吸附于分散劑的多孔結(jié)構(gòu)中，形成分散劑包裹催化劑主體的“種子”催化劑結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計有效的隔絕了催化劑主體與反應(yīng)器壁的直接接觸，有效削弱了它們之間的強相互作用，顯著抑制了催化劑主體在反應(yīng)器壁上的粘附傾向，進而大幅減少了結(jié)塊結(jié)片現(xiàn)象的發(fā)生。

29、分散劑的表面積大于主體的表面積，使得分散劑提供了充足的吸附表面用于吸附容納主體，進而使得主體吸附在分散劑中時能夠被分散間隔，主體不易團聚，在后續(xù)流化床反應(yīng)器中，由分散劑承載著催化主體，反應(yīng)器壁優(yōu)先與具有大表面積的分散劑接觸，不易發(fā)生團聚結(jié)塊。

30、此外，分散劑的密度小于主體的密度使得分散劑比主體更輕，在流化床反應(yīng)器中，分散劑吸附并包裹著主體進行共同流化，并不會影響催化劑主體的流化狀態(tài)，能夠均勻催化劑整體的分布，在生長納米管時，在分散劑中被包裹的催化劑提供更多的活性位點，進一步提高了催化劑的活性和生長效率。

31、另一方面，分散劑是包括非極性的導(dǎo)電材料，非極性材料一般具有對稱的分子結(jié)構(gòu)，其正電荷重心和負電荷重心相重合，即便在外加電場的作用下，由于其具有導(dǎo)電性，正負電荷能夠快速傳遞相互中和，其正負電荷重心始終重合，阻止了分散劑內(nèi)部產(chǎn)生電場，從而不會被外加電場靜電吸附，即不會被帶靜電的流化床反應(yīng)器壁所吸附，故分散劑能夠直接的阻止催化劑主體吸附于反應(yīng)器壁造成聚集結(jié)團結(jié)片。

32、分散劑有效分散并吸附催化劑主體，生長的碳納米管，基于主體吸附在分散劑的初始位置，形成原位混合的多級結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品性能有效疊加，同時，使用的分散劑能夠降低成本的同時還能生長得到質(zhì)量更好的、產(chǎn)量更多的高成本碳納米管，極大降低生產(chǎn)成本。

33、采用本發(fā)明的催化劑使得流化床反應(yīng)器的連續(xù)生產(chǎn)能力得到了顯著提升，大幅提升了生產(chǎn)效率，確保了流化床生產(chǎn)過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性，還進一步提高了產(chǎn)品的均一性和質(zhì)量穩(wěn)定性。

34、本發(fā)明的這些特點和優(yōu)點將會在下面的具體實施方式以及附圖中進行詳細的揭露。本發(fā)明最佳的實施方式或手段將結(jié)合附圖來詳盡表現(xiàn)，但并非是對本發(fā)明技術(shù)方案的限制。另外，在每個下文和附圖中出現(xiàn)的這些特征、要素和組件是具有多個，并且為了表示方便而標記了不同的符號或數(shù)字，但均表示相同或相似構(gòu)造或功能的部件。

技術(shù)特征：

1.?一種催化劑，其特征在于，所述催化劑（1）用于合成碳納米管，所述催化劑包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述主體吸附于所述分散劑的表面和/或內(nèi)部。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑，其特征在于，在所述催化劑中，所述分散劑的重量百分比大于所述主體的重量百分比。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述分散劑包括碳納米管、炭黑和納米多孔碳中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述催化金屬顆粒包含鐵、鈷、鎳和鉬元素中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述載體顆粒包括具有多孔結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的催化劑，其特征在于，所述催化劑的平均粒徑小于或等于100μm。

8.一種用于合成碳納米管的催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，對所述初始催化劑進行煅燒處理，得到所述催化劑包括：

10.一種碳納米管的制備方法，其特征在于，包括：

11.?根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述設(shè)定溫度在680至750?℃范圍內(nèi)。

12.一種碳納米管，其特征在于，所述碳納米管采用權(quán)利要求10或11中任意一項所述的制備方法制備獲得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種催化劑，所述催化劑（1）用于合成碳納米管，所述催化劑包括：主體（10），所述主體包括多個催化金屬顆粒（11）和多個載體顆粒（12），至少一部分所述催化金屬顆粒（11）被所述載體顆粒（12）負載；和分散劑（13），所述分散劑的表面積大于所述主體的表面積，所述分散劑具有多孔結(jié)構(gòu)，使得所述主體被分散劑吸附，所述分散劑的密度小于所述主體的密度，所述分散劑包括非極性的導(dǎo)電材料。本發(fā)明還公開了催化劑制備方法、碳納米管及其制備方法。

技術(shù)研發(fā)人員：郭天仁
受保護的技術(shù)使用者：浙江方泰思克科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10