專利名稱：一種用于制備碳纖維的催化劑及其制法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高產(chǎn)量制備納米碳纖維的催化劑，組份為二氧化硅負(fù)載的鎳銅合金，它能用于碳源氣體(甲烷、丙烷、丙烯)催化裂解制備納米碳纖維。
背景技術(shù)：
納米技術(shù)，是20世紀(jì)80年代末期誕生并正在掀起的用原子和分子創(chuàng)制新物質(zhì)的技術(shù)，是研究尺寸范圍在零點(diǎn)幾到數(shù)百納米之間物質(zhì)的組成。在這個(gè)極其微小的空間，正好是原子和分子相互作用的空間，由于量子效應(yīng)、物質(zhì)的局域性、及巨大的表面和界面效應(yīng)，使物質(zhì)的很多性能發(fā)生質(zhì)變[參見Bonnell.D.A.，Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy-Theory，Techniques andApplications，New YorkVCH Publishers，Inc，1993]。
作為納米科學(xué)中一個(gè)很重要的分支，從碳納米管發(fā)現(xiàn)[參見Nature，354(1991)，56；Nature，363(1993)，603]開始，在世界范圍內(nèi)掀起了對(duì)碳納米管和納米碳纖維的研究熱潮。
納米碳纖維由于其獨(dú)特和奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)及潛在的應(yīng)用前景而倍受關(guān)注。研究表明，納米碳纖維作為準(zhǔn)一維的納米材料，在介觀領(lǐng)域和納米電子學(xué)器件等方面有著十分重要的應(yīng)用前景。
納米碳纖維(carbon nanofibers)的直徑大致為50～400nm之間，本質(zhì)上與多壁納米碳管屬于同一類物質(zhì)，只是相對(duì)多壁納米碳管而言，壁厚和直徑更大。納米碳纖維可用氣相生長碳纖維的方法來制備，與納米碳管相比更易工業(yè)化生產(chǎn)。納米碳纖維除具有普通氣相生長碳纖維的特性如低密度、高比模量、高比強(qiáng)度、高導(dǎo)電性等性能外，還具有缺陷數(shù)量少、比表面積大、導(dǎo)電性能好、結(jié)構(gòu)致密的優(yōu)點(diǎn)，可望用作催化劑載體、鋰離子二次電池陽極、雙電層電容器電極、高效吸附劑、分離劑、結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料等。已有的研究結(jié)果表明，由于納米碳纖維比常規(guī)碳纖維有更大的表面積，將納米碳纖維用于電極材料，其充放電性能和循環(huán)效率均更高[參見Endo M.，Kim Y.A.，Hayashi T.，et al.，Carbon，2001，391287]。而將納米碳纖維作為微波吸收材料也已經(jīng)獲得了非常好的微波吸收效果。在復(fù)合材料領(lǐng)域，由于納米碳纖維的強(qiáng)度高，導(dǎo)電性良好，所以作為添加劑加入后，不僅使復(fù)合材料力學(xué)性能大大增強(qiáng)，還提高了材料的導(dǎo)電性。在催化劑方面，將納米碳纖維作為載體已有諸多報(bào)道，由于納米碳纖維的高表面積，并且負(fù)載的金屬晶體和納米碳纖維在界面處的強(qiáng)相互作用，可能改變催化劑顆粒的形貌特性，形成特殊的活性和選擇性。例如Rodriguez N.M.等報(bào)道[參見J.Mater.Res.，1993，83233]，在873K，將活性相(鐵或鐵銅)引入納米碳纖維，與其它擔(dān)體(如活性碳)相比，鐵銅/納米碳纖維做催化劑對(duì)乙烯加氫的活性可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。Hoogenraad M.S.et al.，等將納米碳纖維做載體擔(dān)載鉛催化劑用于硝基苯加氫成苯胺，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于活性炭載體而言，不僅載體的抗磨損性能大大增強(qiáng)，而且催化劑活性提高了三倍[參見Catal Rev-Sci Eng.2000，42481]。
納米碳纖維的制備方法目前有三種基體法、噴淋法、流動(dòng)催化法[參見Chambers A.，Rodriguez N.M.，Baker R.T.K.，J.Mater.Res.，1996，11430；Endo M.，Takeuchi K.，Hiraoka T.，et al.，J.Phys.Chem.Solids，1997，581707；CN 99112903]，三種方法各有利弊。但是目前納米碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)還處于初級(jí)階段，目前生產(chǎn)的納米碳纖維的產(chǎn)量少、價(jià)格高。限制產(chǎn)量的原因主要是目前還沒有適合工業(yè)化的高反應(yīng)活性的催化劑被開發(fā)出來。過低的生產(chǎn)量和過高的價(jià)格制約了納米碳纖維的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種高產(chǎn)量制備納米碳纖維的催化劑，它能在保證納米碳纖維質(zhì)量的前提下，大大提高單位質(zhì)量催化劑上納米碳纖維的生成量和反應(yīng)碳源氣的利用率，使之適于大規(guī)模生產(chǎn)的要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于制備碳纖維的催化劑，催化劑的前體是鎳、銅和硅的氧化物，催化劑前體在使用前，經(jīng)氫氣還原成本發(fā)明的催化劑，它是二氧化硅負(fù)載的鎳銅合金，鎳的質(zhì)量百分含量為40.0～97.5％，銅的百分含量為59.0～2.0％，余量為二氧化硅。
一種制備上述催化劑的方法，它由以下步驟組成步驟一、將計(jì)量的鎳、銅的硝酸鹽與計(jì)量的檸檬酸加水完全溶解；步驟二、將步驟一得到的溶液滴入計(jì)量的正硅酸乙酯；
步驟三、將步驟二得到的溶液加熱蒸干成固體；步驟四、將步驟三得到的固體在623～823K溫度下焙燒180～300分鐘后，自然冷卻，即得催化劑前體；步驟五、將步驟四得到的催化劑前體，在使用前，在氫氣氛下升溫至623～823K，還原45～90分鐘，即得本發(fā)明的催化劑。
上述方法的步驟三中，加入檸檬酸的摩爾數(shù)為硝酸鎳和硝酸銅總摩爾數(shù)的二倍。
一種用本發(fā)明的催化劑制備納米碳纖維的方法，制備是在水平石英管反應(yīng)裝置中進(jìn)行。它是將一定量的催化劑前體在H2氣氛下升溫至623～823K，還原45～90分鐘，還原結(jié)束，升溫至848～948K后，通入碳源氣體，流速為1000～2400ml/(分鐘·克催化劑)，反應(yīng)90～600分鐘后，停止通入碳源氣體，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻，收集產(chǎn)物納米碳纖維。本發(fā)明的方法制得的納米碳纖維，直徑為200～400nm，長度為10～100μm。
上述的碳源氣體可以是甲烷、丙烷或丙烯。
收率的計(jì)算方法是所得納米碳纖維的質(zhì)量與所用催化劑前體質(zhì)量的比值。
轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法是生成的納米碳纖維的質(zhì)量與反應(yīng)期間內(nèi)通過碳源氣含碳總質(zhì)量的比值。
本發(fā)明提供的方法操作簡便，成本低，產(chǎn)率高，可制得大量納米碳纖維。從附圖中可看出，制成的納米碳纖維均較為純凈，無定型碳等雜質(zhì)的含量極少。
四

圖1是實(shí)施例3采用本發(fā)明的催化劑制備的納米碳纖維的透射電鏡照片；圖2是實(shí)施例10采用本發(fā)明的催化劑制備的納米碳纖維的透射電鏡照片；圖3是實(shí)施例11采用本發(fā)明的催化劑制備的納米碳纖維的透射電鏡照片；圖4是實(shí)施例13采用本發(fā)明的催化劑制備的納米碳纖維的透射電鏡照片；圖5是實(shí)施例16采用本發(fā)明的催化劑制備的納米碳纖維的透射電鏡照片；圖6是實(shí)施例20采用本發(fā)明的催化劑制備的納米碳纖維的透射電鏡照片。
五具體實(shí)施例方式
下面由實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例1稱取硝酸鎳[Ni(NO3)2·6H2O，下同]8.943g，硝酸銅[Cu(NO3)2·3H2O，下同]0.361g，檸檬酸12.392g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4，下同]0.347g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中623K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是90.3％，Cu的百分含量是4.8％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至623K，保持45分鐘后，升溫至848K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維1632mg。收率是65g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是35％。
實(shí)施例2除焙燒溫度為673K外，催化劑及其制備過程同實(shí)施例1，催化劑還原后升溫至873K，通入流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維2381mg。收率是95g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是72％。
實(shí)施例3催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至898K，通入流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3254mg，其形態(tài)見圖1透射電鏡照片，收率是130g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是70％。
實(shí)施例4催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至923K，通入流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維2997mg，收率是120g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是65％。
實(shí)施例5催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至948K，通入流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維2265mg，收率是90g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是49％。
實(shí)施例6催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至898K，通入流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)600分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維6276mg，收率是251g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是20％。
實(shí)施例7催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至898K，通入流量為1000ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維2933mg，收率是111g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是89％。
實(shí)施例8催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至898K，通入流量為1800ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3430mg，收率是137g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是58％。
實(shí)施例9催化劑及其制備過程同實(shí)施例2，催化劑還原后升溫至898K，通入流量為2400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3503mg，收率是140g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是44％。
實(shí)施例10稱取硝酸鎳[Ni(NO3)2·6H2O，下同]89.438g，硝酸銅[Cu(NO3)2·3H2O，下同]3.612g，檸檬酸123.926g，于200ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4，下同]3.476g，充分?jǐn)嚢瑁訜嵴舾沙晒腆w，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是90.3％，Cu的百分含量是4.8％。
稱取上述制得的催化劑前體10.0g，置入水平碳鋼管反應(yīng)器(直徑108mm)，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1000ml/(分鐘·克催化劑)的C3H8，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維290.4g，其形態(tài)見圖2透射電鏡照片，收率是29g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是22％。
實(shí)施例11稱取硝酸鎳8.473g，硝酸銅0.342g，檸檬酸11.739g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.694g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是85.5％，Cu的百分含量是4.5％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3120mg，其形態(tài)見圖3透射電鏡照片，收率是125g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是67％。
實(shí)施例12稱取硝酸鎳8.002g，硝酸銅0.323g，檸檬酸11.087g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.694g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中823K焙燒240分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是80.8％，Cu的百分含量是4.3％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至823K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維1680mg。收率是67g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是36％。
實(shí)施例13稱取硝酸鎳5.649g，硝酸銅0.228g，檸檬酸7.826g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯2.777g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中823K焙燒240分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是57.0％，Cu的百分含量是3.0％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至823K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的CH4，反應(yīng)600分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維2203mg，其形態(tài)見圖4透射電鏡照片，收率是88g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是21％。
實(shí)施例14稱取硝酸鎳9.662g，硝酸銅0.152g，檸檬酸13.008g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.035g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中823K焙燒300分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是97.5％，Cu的百分含量是2.0％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至823K，保持90分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3259mg。收率是130g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是70％。
實(shí)施例15稱取硝酸鎳9.414g，硝酸銅0.190g，檸檬酸12.742g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.174g，充分?jǐn)嚢瑁訜嵴舾沙晒腆w，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是95.0％，Cu的百分含量是2.5％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3498mg。收率是140g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是75％。
實(shí)施例16稱取硝酸鎳8.919g，硝酸銅0.684g，檸檬酸12.873g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.069g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是90.0％，Cu的百分含量是9.0％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3652mg，其形態(tài)見圖5透射電鏡照片，收率是146g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是79％。
實(shí)施例17稱取硝酸鎳7.730g，硝酸銅1.407g，檸檬酸12.450g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.243g，充分?jǐn)嚢瑁訜嵴舾沙晒腆w，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中Ni的百分含量是78.0％，Cu的百分含量是18.5％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3521mg。收率是141g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是76％。
實(shí)施例18稱取硝酸鎳7.928g，硝酸銅1.407g，檸檬酸12.712g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.104g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中鎳的百分含量是80％，Cu的百分含量是18.5％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)600分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維16352mg，收率是654g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是53％。
實(shí)施例19稱取硝酸鎳5.946g，硝酸銅2.966g，檸檬酸12.573g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.069g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中鎳的百分含量是60.0％，Cu的百分含量是39.0％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維3274mg。收率是131g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是71％。
實(shí)施例20催化劑及其制備過程同實(shí)施例19，催化劑還原后升溫至898K，通入流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)600分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維16253mg，其形態(tài)見圖6透射電鏡照片，收率是650g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是53％。
實(shí)施例21
稱取硝酸鎳3.964g，硝酸銅4.524g，檸檬酸12.433g，于20ml水中經(jīng)攪拌充分溶解，滴加正硅酸乙酯0.035g，充分?jǐn)嚢?，加熱蒸干成固體，將所得樣品轉(zhuǎn)移至坩鍋中，在馬弗爐中673K焙燒180分鐘，即得催化劑前體，經(jīng)氫氣還原成催化劑，其中鎳的百分含量是40.0％，Cu的百分含量是59.0％。
稱取上述制得的催化劑前體25mg，置入水平石英管反應(yīng)器，于423K經(jīng)氮?dú)獯祾?0分鐘，切換為流速為1200ml/(分鐘·克催化劑)的H2，H2氣氛中升溫至673K，保持60分鐘后，升溫至898K，切換為流量為1400ml/(分鐘·克催化劑)的C3H6，反應(yīng)90分鐘后停止，收集產(chǎn)物。稱量得納米碳纖維1930mg。收率是77g/g，碳源氣轉(zhuǎn)化率是42％。
權(quán)利要求
1.一種用于制備碳纖維的催化劑，其特征是催化劑的前體是鎳、銅和硅的氧化物，催化劑前體在使用前，經(jīng)氫氣還原成本發(fā)明的催化劑，它是二氧化硅負(fù)載的鎳銅合金，鎳的質(zhì)量百分含量為40.0～97.5％，銅的百分含量為59.0～2.0％，余量為二氧化硅。
2.一種制備上述催化劑的方法，其特征是它由以下步驟組成步驟一、將計(jì)量的鎳、銅的硝酸鹽與計(jì)量的檸檬酸加水完全溶解；步驟二、將步驟一得到的溶液滴入計(jì)量的正硅酸乙酯；步驟三、將步驟二得到的溶液加熱蒸干成固體；步驟四、將步驟三得到的固體在623～823K溫度下焙燒180～300分鐘后，自然冷卻，即得催化劑前體；步驟五、將步驟四得到的催化劑前體，在使用前，在氫氣氛下升溫至623～823K，還原45～90分鐘，即得本發(fā)明的催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征是步驟三中，加入檸檬酸的物質(zhì)的量為硝酸鎳和硝酸銅總物質(zhì)的量的二倍。
4.一種用本發(fā)明的催化劑制備納米碳纖維的方法，其特征是將一定量的催化劑前體在H2氣氛下升溫至623～823K，還原45～90分鐘，還原結(jié)束，升溫至848～948K后，通入碳源氣體，流速為1000～2400ml/(分鐘·克催化劑)，反應(yīng)90～600分鐘后，停止通入碳源氣體，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻，收集產(chǎn)物納米碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所的制備納米碳纖維的方法，其特征是所說的碳源氣體是甲烷、丙烷或丙烯。
全文摘要
一種用于制備碳纖維的催化劑，催化劑的前體是鎳、銅和硅的氧化物，催化劑前體在使用前，經(jīng)氫氣還原成本發(fā)明的催化劑，它是二氧化硅負(fù)載的鎳銅合金，鎳的質(zhì)量百分含量為40.0～97.5％，銅的百分含量為59.0～2.0％，余量為二氧化硅。用本發(fā)明的催化制備納米碳纖維收率高(每克催化劑前體上最高得到654克納米碳纖維)，催化劑的使用壽命長(可達(dá)600分鐘)，并且碳源氣體的轉(zhuǎn)化率高(最高可達(dá)89％)。本發(fā)明公開了催化劑的制法及高產(chǎn)量制備納米碳纖維的催化反應(yīng)條件。
文檔編號(hào)B01J21/08GK1562468SQ20041001451
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者沈儉一, 孫清, 張惠良 申請(qǐng)人:南京大學(xué)