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专利号: 2022114471654
申请人: 常州国重新材料科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 一般的物理或化学的方法或装置
更新日期:2025-07-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于制备单壁碳纳米管的催化剂,包括多孔氧化硅,纳米铁系金属,纳米稀土氧化物,其特征在于,纳米铁系金属嵌入在多孔氧化硅的本体和内外表面,纳米稀土氧化物均匀分散在多孔氧化硅的外表面上。

2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,多孔氧化硅的重量含量为80‑95%,纳米铁系金属的含量为1‑15%,稀土氧化物的含量为2‑5%;优选的,多孔氧化硅的含量为85‑

95%,纳米铁系金属的含量为1‑12%,稀土氧化物的含量为2‑4%;进一步优选的,多孔氧化硅的含量为85‑90%,纳米铁系金属的含量为6‑11%,稀土氧化物的含量为2‑4%。

3.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述纳米铁系金属嵌入多孔氧化硅本体的含量比内外表面的含量为1‑10:1,优选的为2‑8:1,进一步优选的为2‑5:1,最优选为3‑4:

1。

4.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述的纳米铁系金属为铁、钴、镍中的一种或多种,进一步优选的为铁、钴、镍中的两种或者两种以上,最优选的为铁和镍或者铁和钴;铁和镍的摩尔比在2‑5:1;铁和钴的摩尔比为2‑4:1。

5.根据权利要求1‑4任一所述的催化剂,其特征在于,所述稀土氧化物为稀土元素钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)中的一种或者多种氧化物,优选的,稀土金属氧化物选择钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)中的一种或者多种稀土金属的氧化物;优选的,稀土金属氧化物具体为氧化镧、氧化铈或者氧化镨中的一种或者多种,最优选的为氧化镧和氧化铈,氧化镧和氧化铈的摩尔比为3‑7:1,最优选为4:1。

6.一种权利要求1‑5任一所述催化剂的制备方法,其特征在于,制备方法包括如下步骤:

(1)将非离子表面活性剂溶解于去离子水和盐酸的混合溶液中,形成非离子表面活性剂溶液A;

(2)将铁系金属盐溶液溶解于有机酸溶液中,形成铁系金属盐溶液B;

(3)在搅拌条件下,向A溶液中同时滴加铁系金属盐溶液B和硅源,然后调节混合溶液的pH,将混合溶液转移到水热反应釜中,在100℃‑150℃条件下水热反应18‑48h,冷却、过滤并烘干,得到含有铁系金属的多孔氧化物;

(4)将稀土金属盐溶液溶于DMF溶剂中,搅拌至溶解;然后加入有机配体搅拌均匀,滴加适量的硅烷偶联剂,再将步骤(3)中获得的含有铁系金属的多孔氧化物加入到混合溶液中,搅拌均匀转移到高压反应釜中保持温度80‑120℃,用去离子水和DMF分别进行清洗、干燥,在空气气氛中500‑600℃下煅烧1‑5h,通入氢气还原30‑60min获得催化剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的非离子表面活性剂为非离子表面活性剂F108、F127(聚氧乙烯‑聚氧丙烯聚合),P123、P56(聚环氧乙烯醚‑聚环氧丙烯醚‑聚环氧乙烯醚三嵌段聚合物)中的任意一种或多种。

8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的有机酸为乙酸、柠檬酸、草酸、苹果酸中的一种或者多种,优选为柠檬酸和苹果酸中的一种或两种;所述步骤(2)中的铁系金属盐为铁、钴或者镍的硝酸盐、氯化盐、碳酸盐、硫酸盐或醋酸盐;优选为氯化铁、氯化钴、氯化镍、硝酸钴,硝酸镍、硝酸铁、硫酸铁、硫酸镍、硫酸钴。

9.根据权利要求6‑8任一所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的硅源为正硅酸乙酯;所述步骤(3)中pH的值为3‑6,进一步的,优选为pH的值为4‑5,最优选为pH值为4.5。

10.根据权利要求6‑9任一所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中稀土金属盐为稀土金属钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)中的硝酸盐、氯化盐或硫酸盐中的一种或者多种;进一步优选的为氯化盐和硝酸盐中的一种或多种;

所述步骤(4)中的有机配体A为对苯二甲酸、均苯三甲酸、2‑氨基对苯二甲酸、1,4‑苯二甲酸中的一种;步骤(4)中所述稀土金属盐与有机配体的物质的量之比为1∶2~9,优选1∶2~4;

所述步骤(4)中的硅烷偶联剂为Silane‑PEG‑COOH,所述硅烷偶联剂与有机配体的重量比为1:5‑15,进一步优选为1:8‑12。

11.一种制备单壁碳纳米管的方法,其特征在于,采用权利要求6‑10任一所述的制备方法制备的催化剂或者权利要求1‑5任一所述的催化剂制备单壁碳纳米管。

12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述制备单壁碳纳米管的方法采用化学气相沉积法制备,具体的制备方法为:用70‑120ml/min氢气鼓泡乙醇,并将蒸汽通入反应器,调节反应器中心温度在750℃‑950℃,生长8‑20min;停止鼓泡,在100ml/min H2和

300ml/min Ar保护下冷却至室温,得到单壁碳纳米管。