一種熱解麥秸稈制備的納米碳材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是利用熱解生物質(zhì)麥秸稈原料來(lái)制備納米碳材料，所采取的技術(shù)方案是利用兩段管式氣氛爐先在第一段爐中450～700℃下將麥秸稈粉術(shù)熱解，然后熱解氣經(jīng)過(guò)第二段爐在催化劑催化下于一定溫度范圍內(nèi)下裂解來(lái)制備納米碳材料。通過(guò)該法選用不同的催化劑可以制備出不同的納米碳材料，該法制備納米碳材料時(shí)生物質(zhì)利用率高，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，綠色無(wú)公害，本發(fā)明不會(huì)造成環(huán)境污染。
【專利說(shuō)明】一種熱解麥秸稈制備的納米碳材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物質(zhì)原料的利用及納米碳材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]富勒烯類納米碳材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的物理化學(xué)性能被廣泛應(yīng)用到電極材料、電子器件、儲(chǔ)能材料、藥物載體和催化劑載體等領(lǐng)域。用于制備納米碳材料的碳源種類繁多，從碳源的存在狀態(tài)講主要分為氣態(tài)碳源、液態(tài)碳源和固態(tài)碳源。其中氣態(tài)碳源是發(fā)展最早最成熟的，經(jīng)常被利用的氣態(tài)碳源主要有甲烷、乙炔、乙烯等氣體，液態(tài)碳源主要有苯，甲苯，環(huán)己烷等，固態(tài)碳源是近幾年剛剛發(fā)展起來(lái)的，主要包括浙青和煤，由于其原料易得，成本低廉且富含碳近年來(lái)得到國(guó)內(nèi)部分院校的關(guān)注。這些碳源雖有各自的優(yōu)勢(shì)，但均為化石類非可再生資源，無(wú)法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。生物質(zhì)資源其主要成分為半纖維素、纖維素和木質(zhì)素，具有廉價(jià)、易得、環(huán)境友好、可再生等優(yōu)勢(shì)，是自然界取之不盡用之不竭的可再生資源，具有極大的經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值。
[0003]近年來(lái)，生物質(zhì)資源的利用受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，并且以其為原料制備碳質(zhì)材料己取得很大進(jìn)展，國(guó)內(nèi)多名專家人曾采用稻殼為原料，以低溫水浴法硫酸為催化劑，合成了粒徑在500nm左右的碳微球，但該法以濃硫酸為催化劑，分離成本較高，且存在污染。此外，水熱法因自身局限性較適宜于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，而不適宜規(guī)?；a(chǎn)。如何把廉價(jià)易得的生物質(zhì)資源經(jīng)過(guò)一個(gè)操作簡(jiǎn)單、低耗能的過(guò)程，轉(zhuǎn)化為功能化、高附加值的納米碳材料是一個(gè)值得研究的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用生物質(zhì)原料制備納米碳材料的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，綠色無(wú)污染。具體技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，利用生物質(zhì)資源為原料制備納米碳材料時(shí)多采用的是水熱碳化法，該工藝過(guò)程是先將生物質(zhì)原料水解，水解后的水解液進(jìn)一步作為制備納米碳材料的原料，這樣因生物質(zhì)水解率較低，導(dǎo)致原料的利用率較低且后續(xù)產(chǎn)物分離成本較高。大量研究表明生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)熱解可以轉(zhuǎn)化為秸桿煤氣和生物柴油，秸桿煤氣的主要成分為甲烷和一氧化碳，而甲烷和一氧化碳在催化劑的作用下通過(guò)化學(xué)氣相沉積法可以裂解為納米碳材料。
[0006]因此，本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是利用兩段管式氣氛爐先在第一段爐中一定溫度下將麥秸桿粉末熱解，然后熱解氣經(jīng)過(guò)第二段爐在催化劑催化下一定溫度范圍內(nèi)裂解來(lái)制備納米碳材料。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述的生物質(zhì)碳源為麥秸桿，麥秸桿可以是新的，也可以是存放的，麥秸桿的純化可以通過(guò)現(xiàn)有的工藝先用鹽酸浸泡，然后清洗烘干的步驟。
[0008]其中，第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常用的溶膠凝膠法。催化劑與產(chǎn)物的分離可以采用常用的酸處理的方法。
[0009]較佳地，本發(fā)明的方案如下:
[0010]一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料，其特征在于:
[0011]所述納米碳材料由以下步驟制備，
[0012]1)先將麥秸桿經(jīng)質(zhì)量濃度為30~36%的稀鹽酸浸泡后在烘箱里烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎后通過(guò)50目篩過(guò)篩，過(guò)篩后的麥秸桿粉末備用；
[0013]2)催化劑的制備；
[0014]所述化合物化學(xué)表達(dá)式為AMLO ;化學(xué)計(jì)量比稱取含A、M和L的鹽類化合物，含A的化合物為Mg(NO3)2.6H2(^La(N03)3.6H20, M是Ni，L是Fe或者Co或者Cu，O為氧元素。其中A和(M+L)的摩爾比為1:1或2: 1，將其溶解到固液質(zhì)量比1: 6的水中或乙醇中，然后再加入過(guò)量的絡(luò)合劑，絡(luò)合劑為檸檬酸，然后在50~200°C下將上述溶液加熱蒸發(fā)，最后發(fā)生自燃生成黑色粉末狀物質(zhì)，然后將其在400~100(TC于空氣氣氛中煅燒I~4h，將煅燒后的黑色顆粒進(jìn)行研磨即得所需催化劑；
[0015]3)選用雙溫區(qū)管式反應(yīng)爐，第一段爐中在小瓷舟內(nèi)放入I~5g步驟I)所得麥秸桿粉術(shù)原料，第二段爐中放入0.1~Ig步驟2)所得的催化劑，第一段爐爐溫設(shè)定為450~750°C，第二段爐設(shè)定為450~750°C，先向系統(tǒng)中通入100~300ml mirT1的N2，使第一、第二段爐在氮?dú)鈿夥罩型瑫r(shí)升至相應(yīng)的溫度，N2不停止通入的條件下，然后向系統(tǒng)中同時(shí)通入50~lOOmlmin—1的H240~60分鐘，之后兩段爐均保溫0.5~2h，然后關(guān)掉電源使系統(tǒng)在N2氣氛中使反應(yīng)系統(tǒng)緩慢冷卻后即得納米碳材料。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟2)中加入過(guò)量的絡(luò)合劑的同時(shí)，加入氨水作造孔劑。
[0017]優(yōu)選地，所述的麥秸桿是新的或者是存放的。
[0018]優(yōu)選地，第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常規(guī)的溶膠凝膠法；催化劑與產(chǎn)物的分離采用常用的酸處理工藝。
[0019]一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，包括以下步驟:
[0020]I)先將麥秸桿經(jīng)質(zhì)量濃度為30~36%的稀鹽酸浸泡后在烘箱里烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎后通過(guò)50目篩過(guò)篩，過(guò)篩后的麥秸桿粉末備用；
[0021]2)催化劑的制備；
[0022]所述化合物化學(xué)表達(dá)式為AMLO ;化學(xué)計(jì)量比稱取含A、M和L的鹽類化合物，含A的化合物為Mg(NO3)2.6H2(^La(N03)3.6H20, M是Ni，L是Fe或者Co或者Cu，O為氧元素。其中A和(M+L)的摩爾比為1:1或2: 1，將其溶解到固液質(zhì)量比1: 6的水中或乙醇中，然后再加入過(guò)量的絡(luò)合劑，絡(luò)合劑為檸檬酸，然后在50~200°C下將上述溶液加熱蒸發(fā)，最后發(fā)生自燃生成黑色粉末狀物質(zhì)，然后將其在400~100(TC于空氣氣氛中煅燒I~4h，將煅燒后的黑色顆粒進(jìn)行研磨即得所需催化劑；
[0023]3)選用雙溫區(qū)管式反應(yīng)爐，第一段爐中在小瓷舟內(nèi)放入I~5g步驟I)所得麥秸桿粉末原料，第二段爐中放入0.1~Ig步驟2)所得的催化劑，第一段爐爐溫設(shè)定為450~750°C，第二段爐設(shè)定為450~750°C，先向系統(tǒng)中通入100~300ml mirT1的N2，使第一、第二段爐在氮?dú)鈿夥罩型瑫r(shí)升至相應(yīng)的溫度，N2不停止通入的條件下，然后向系統(tǒng)中同時(shí)通入50~lOOmlmin—1的H240~60分鐘，之后兩段爐均保溫0.5~2h，然后關(guān)掉電源使系統(tǒng)在N2氣氛中使反應(yīng)系統(tǒng)緩慢冷卻后即得納米碳材料。[0024]進(jìn)一步地，將步驟3)收集到的產(chǎn)物經(jīng)稀鹽酸溶解，過(guò)濾后通過(guò)掃描電子顯微鏡和高分辨透射電鏡對(duì)樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征可得，當(dāng)A和(M+L)的摩爾比為1: 1，A為Mg，M+L為Ni+Fe時(shí)，產(chǎn)物為粒徑在20~50nm之間的納米洋蔥狀富勒烯；而使用步驟2)所得的其他類型的催化劑時(shí)得到的產(chǎn)物均為直徑在20~50nm之間的碳納米管。
[0025]優(yōu)選地，所述步驟2)中加入過(guò)量的絡(luò)合劑的同時(shí)，加入氨水作造孔劑。
[0026]優(yōu)選地，所述的麥秸桿是新的或者是存放的。
[0027]優(yōu)選地，第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常規(guī)的溶膠凝膠法；催化劑與產(chǎn)物的分離采用常用的酸處理工藝。
[0028]優(yōu)選地，所述的麥秸桿能替換為稻秸桿、棉桿、玉米芯等生物質(zhì)原料。
[0029]如上述，本發(fā)明中所用生物質(zhì)原料可以稻秸桿、棉桿、玉米芯等生物質(zhì)原料，第二段爐中的催化劑可以是多種方法制備的復(fù)合催化劑。[0030]有益效果:本發(fā)明所述的技術(shù)方案是利用兩段管式氣氛爐先在第一段爐中450~7000C下將麥秸桿粉末熱解，然后熱解氣經(jīng)過(guò)第二段爐在催化劑催化下于一定溫度范圍內(nèi)下裂解來(lái)制備納米碳材料。通過(guò)陔法選用不同的催化劑可以制備出不同的納米碳材料，該法制備納米碳材料時(shí)生物質(zhì)利用率高，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有很多特殊的用途和潛在應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明所制備的納米碳洋蔥的透射電鏡圖。
[0032]由圖可知，所制備的產(chǎn)物為內(nèi)包金屬鎳的納米洋蔥狀富勒烯，產(chǎn)物的直徑在20~50nm范圍。
[0033]圖2為本發(fā)明所制備的碳納米管的透射電鏡圖。
[0034]由圖可知，所制備的碳納米管直徑在20~50nm，為多壁碳納米管。
【具體實(shí)施方式】
[0035]較佳地，本發(fā)明的方案如下:
[0036]一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料，其特征在于:
[0037]所述納米碳材料由以下步驟制備，
[0038]I)先將麥秸桿經(jīng)質(zhì)量濃度為30~36%的稀鹽酸浸泡后在烘箱里烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎后通過(guò)50目篩過(guò)篩，過(guò)篩后的麥秸桿粉末備用；
[0039]2)催化劑的制備；
[0040]所述化合物化學(xué)表達(dá)式為AMLO ;化學(xué)計(jì)量比稱取含A、M和L的鹽類化合物，含A的化合物為Mg(NO3)2.6H2(^La(N03)3.6H20, M是Ni，L是Fe或者Co或者Cu，O為氧元素。其中A和(M+L)的摩爾比為1:1或2: 1，將其溶解到固液質(zhì)量比1: 6的水中或乙醇中，然后再加入過(guò)量的絡(luò)合劑，絡(luò)合劑為檸檬酸，然后在50~200°C下將上述溶液加熱蒸發(fā)，最后發(fā)生自燃生成黑色粉末狀物質(zhì)，然后將其在400~100(TC于空氣氣氛中煅燒I~4h，將煅燒后的黑色顆粒進(jìn)行研磨即得所需催化劑；
[0041]3)選用雙溫區(qū)管式反應(yīng)爐，第一段爐中在小瓷舟內(nèi)放入I~5g步驟I)所得麥秸桿粉術(shù)原料，第二段爐中放入0.1~Ig步驟2)所得的催化劑，第一段爐爐溫設(shè)定為450~750°C，第二段爐設(shè)定為450~750°C，先向系統(tǒng)中通入100~300ml mirT1的N2，使第一、第二段爐在氮?dú)鈿夥罩型瑫r(shí)升至相應(yīng)的溫度，N2不停止通入的條件下，然后向系統(tǒng)中同時(shí)通入50~lOOmlmin—1的H240~60分鐘，之后兩段爐均保溫0.5~2h，然后關(guān)掉電源使系統(tǒng)在N2氣氛中使反應(yīng)系統(tǒng)緩慢冷卻后即得納米碳材料。
[0042]優(yōu)選地，所述步驟2)中加入過(guò)量的絡(luò)合劑的同時(shí)，加入氨水作造孔劑。
[0043]優(yōu)選地，所述的麥秸桿是新的或者是存放的。
[0044]優(yōu)選地，第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常規(guī)的溶膠凝膠法；催化劑與產(chǎn)物的分離采用常用的酸處理工藝。
[0045]一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，包括以下步驟:
[0046]I)先將麥秸桿經(jīng)質(zhì)量濃度為30~36%的稀鹽酸浸泡后在烘箱里烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎后通過(guò)50目篩過(guò)篩，過(guò)篩后的麥秸桿粉末備用；
[0047]2)催化劑的制備；
[0048]所述化合物化學(xué)表達(dá)式為AMLO ;化學(xué)計(jì)量比稱取含A、M和L的鹽類化合物，含A的化合物為Mg(NO3)2.6H2(^La(N03)3.6H20, M是Ni，L是Fe或者Co或者Cu，O為氧元素。其中A和(M+L)的摩爾比為1:1或2: 1，將其溶解到固液質(zhì)量比1: 6的水中或乙醇中，然后再加入 過(guò)量的絡(luò)合劑，絡(luò)合劑為檸檬酸，然后在50~200°C下將上述溶液加熱蒸發(fā)，最后發(fā)生自燃生成黑色粉末狀物質(zhì)，然后將其在400~100(TC于空氣氣氛中煅燒I~4h，將煅燒后的黑色顆粒進(jìn)行研磨即得所需催化劑；
[0049]3)選用雙溫區(qū)管式反應(yīng)爐，第一段爐中在小瓷舟內(nèi)放入I~5g步驟I)所得麥秸桿粉術(shù)原料，第二段爐中放入0.1~Ig步驟2)所得的催化劑，第一段爐爐溫設(shè)定為450~750°C，第二段爐設(shè)定為450~750°C，先向系統(tǒng)中通入100~300ml mirT1的N2，使第一、第二段爐在氮?dú)鈿夥罩型瑫r(shí)升至相應(yīng)的溫度，N2不停止通入的條件下，然后向系統(tǒng)中同時(shí)通入50~lOOmlmin—1的H240~60分鐘，之后兩段爐均保溫0.5~2h，然后關(guān)掉電源使系統(tǒng)在N2氣氛中使反應(yīng)系統(tǒng)緩慢冷卻后即得納米碳材料。
[0050]進(jìn)一步地，將步驟3)收集到的產(chǎn)物經(jīng)稀鹽酸溶解，過(guò)濾后通過(guò)掃描電子顯微鏡和高分辨透射電鏡對(duì)樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征可得，當(dāng)A和(M+L)的摩爾比為1: 1，A為Mg，M+L為Ni+Fe時(shí)，產(chǎn)物為粒徑在20~50nm之間的納米洋蔥狀富勒烯；而使用步驟2)所得的其他類型的催化劑時(shí)得到的產(chǎn)物均為直徑在20~50nm之間的碳納米管。
[0051]優(yōu)選地，所述步驟2)中加入過(guò)量的絡(luò)合劑的同時(shí)，加入氨水作造孔劑。
[0052]優(yōu)選地，所述的麥秸桿是新的或者是存放的。
[0053]優(yōu)選地，第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常規(guī)的溶膠凝膠法；催化劑與產(chǎn)物的分離采用常用的酸處理工藝。
[0054]優(yōu)選地，所述的麥秸桿能替換為稻秸桿、棉桿、玉米芯等生物質(zhì)原料。
[0055]具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:
[0056]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為450°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，0.5g催化劑，催化劑選用Mg-Ni系催化劑，其中Mg與Ni的摩爾比為1: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物的量非常少，電鏡結(jié)果表明產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的內(nèi)包金屬鎳的納米洋蔥狀富勒烯。
[0057]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為600°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用Mg-Ni系催化劑，其中Mg與Ni的摩爾比為1: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物的量有所增加，電鏡結(jié)果表明產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的內(nèi)包金屬鎳的納米洋蔥狀富勒烯。
[0058]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用Mg-Ni系催化劑，其中Mg與Ni的摩爾比為1: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物的量明顯增加，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的內(nèi)包金屬鎳的納米碳洋蔥。
[0059]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用Mg-Ni系催化劑，其中Mg與Ni的摩爾比為2: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物明顯為蓬松的黑色粉末狀物質(zhì)，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的碳納米管。
[0060]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用Mg-N1-Fe系催化劑，其中Mg與Ni+Fe的摩爾比為1: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物明顯為蓬松的黑色粉末狀物質(zhì)，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的碳納米管。
[0061]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用Mg-N1-Fe系催化劑，其中Mg與Ni+Fe的摩爾比為2: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物明顯為蓬松的黑色粉術(shù)狀物質(zhì)，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的碳納米管。
[0062]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用La-Ni系催化劑，其中La與Ni的摩爾比為1: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物明顯為蓬松的黑色粉末狀物質(zhì)，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的碳納米管，陔例碳納米管的直徑看起來(lái)非常均勻。
[0063]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用La-N1-Fe系催化劑，其中La與Ni+Fe的摩爾比為1: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物的量明顯增加，產(chǎn)物外觀為蓬松的黑色粉術(shù)狀物質(zhì)，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的碳納米管，陔例碳納米管的直徑看起來(lái)也非常均勻。
[0064]Ig麥桿原料，第一段爐爐溫設(shè)定為700°C，第二段爐爐溫分別設(shè)定為700°C，催化劑選用La-N1-Fe系催化劑，其中La與Ni+Fe的摩爾比為2: 1，結(jié)果顯示產(chǎn)物的量變化不太明顯，外觀為蓬松的黑色粉末狀物質(zhì)，表征結(jié)果顯示產(chǎn)物為直徑在20~50nm范圍的碳納米管，該例碳納米管的直徑看起來(lái)也非常均勻。
[0065]實(shí)施例中涉及的數(shù)值范圍均是經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)所得，每一個(gè)點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)，不局限在端點(diǎn)或者終點(diǎn)，篇幅所限，在此不進(jìn)行一一列舉。
[0066] 最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料，其特征在于: 所述納米碳材料由以下步驟制備， 1)先將麥秸桿經(jīng)質(zhì)量濃度為30~36%的稀鹽酸浸泡后在烘箱里烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎后通過(guò)50目篩過(guò)篩，過(guò)篩后的麥秸桿粉末備用； 2)催化劑的制備； 所述化合物化學(xué)化學(xué)通式表達(dá)式為AMLO ;化學(xué)計(jì)量比稱取含A、M和L的鹽類化合物，含A的化合物為Mg (NO3) 2.6H20或La (NO3) 3.6H20, M是Ni，L是Fe或者Co或者Cu，O為氧元素。其中A和(M+L)的摩爾比為1:1或2: 1，將其溶解到固液質(zhì)量比1: 6的水中或乙醇中，然后再加入過(guò)量的絡(luò)合劑，絡(luò)合劑為檸檬酸，然后在50~200°C下將上述溶液加熱蒸發(fā)，最后發(fā)生自燃生成黑色粉末狀物質(zhì)，然后將其在400~KKKTC于空氣氣氛中煅燒I~4h，將煅燒后的黑色顆粒進(jìn)行研磨即得所需催化劑； 3)選用雙溫區(qū)管式反應(yīng)爐，第一段爐中在小瓷舟內(nèi)放入1~5g步驟1)所得麥秸桿粉末原料，第二段爐中放入0.1~Ig步驟2)所得的催化劑，第一段爐爐溫設(shè)定為450~750°C，第二段爐設(shè)定為450~750°C，先向系統(tǒng)中通入100~300ml mirT1的N2，使第一、第二段爐在氮?dú)鈿夥罩型瑫r(shí) 升至相應(yīng)的溫度，N2不停止通入的條件下，然后向系統(tǒng)中同時(shí)通入50~lOOmlmin—1的H240~60分鐘，之后兩段爐均保溫0.5~2h，然后關(guān)掉電源使系統(tǒng)在N2氣氛中使反應(yīng)系統(tǒng)緩慢冷卻后即得納米碳材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料，其特征在于所述步驟2)中加入過(guò)量的絡(luò)合劑的同時(shí)，加入氨水作造孔劑。
3.如權(quán)利要求1所述的一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料，其特征在于所述的麥秸桿是新的或者是存放的。
4.如權(quán)利要求1所述的一種熱解麥秸桿制備的納米碳材料，其特征在于第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常規(guī)的溶膠凝膠法；催化劑與產(chǎn)物的分離采用常用的酸處理工藝。
5.一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)先將麥秸桿經(jīng)質(zhì)量濃度為30~36%的稀鹽酸浸泡后在烘箱里烘干，然后用粉碎機(jī)粉碎后通過(guò)50目篩過(guò)篩，過(guò)篩后的麥秸桿粉術(shù)備用； 2)催化劑的制備； 所述化合物化學(xué)表達(dá)式為AMLO ;化學(xué)計(jì)量比稱取含A、M和L的鹽類化合物，含A的化合物為Mg (NO3) 2.6H20或La (NO3) 3.6H20, M是Ni，L是Fe或者Co或者Cu，O為氧元素。其中A和(M+L)的摩爾比為1:1或2: 1，將其溶解到固液質(zhì)量比1: 6的水中或乙醇中，然后再加入過(guò)量的絡(luò)合劑，絡(luò)合劑為檸檬酸，然后在50~200°C下將上述溶液加熱蒸發(fā)，最后發(fā)生自燃生成黑色粉末狀物質(zhì)，然后將其在400~1000°C于空氣氣氛中煅燒I~4h，將煅燒后的黑色顆粒進(jìn)行研磨即得所需催化劑； 3)選用雙溫區(qū)管式反應(yīng)爐，第一段爐中在小瓷舟內(nèi)放入1~5g步驟I)所得麥秸桿粉術(shù)原料，第二段爐中放入0.1~1g步驟2)所得的催化劑，第一段爐爐溫設(shè)定為450~750°C，第二段爐設(shè)定為450~750°C，先向系統(tǒng)中通入100~300ml mirT1的N2，使第一、第二段爐在氮?dú)鈿夥罩型瑫r(shí)升至相應(yīng)的溫度，N2不停止通入的條件下，然后向系統(tǒng)中同時(shí)通入50~lOOmlmin—1的H240~60分鐘，之后兩段爐均保溫0.5~2h，然后關(guān)掉電源使系統(tǒng)在N2氣氛中使反應(yīng)系統(tǒng)緩慢冷卻后即得納米碳材料。
6.如權(quán)利要求5所述的一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，其特征在于將步驟3)收集到的產(chǎn)物經(jīng)稀鹽酸溶解，過(guò)濾后通過(guò)掃描電子顯微鏡和高分辨透射電鏡對(duì)樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征可得，當(dāng)A和(M+L)的摩爾比為1: 1，A為Mg，M+L為Ni+Fe時(shí)，產(chǎn)物為粒徑在20~50nm之間的納米洋蔥狀富勒烯；而使用步驟2)所得的其他類型的催化劑時(shí)得到的產(chǎn)物均為直徑在20~50nm之間的碳納米管。
7.如權(quán)利要求5所述的一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，其特征在于所述步驟2)中加入過(guò)量的絡(luò)合劑的同時(shí)，加入氨水作造孔劑。
8.如權(quán)利要求5所述的一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，其特征在于所述的麥秸桿是新的或者是存放的。
9.如權(quán)利要求5所述的一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，其特征在于第二段爐中選用的催化劑為鎂系催化劑和鑭系催化劑，催化劑的制備方法采用常規(guī)的溶膠凝膠法；催化劑與產(chǎn)物的分離采用常用的酸處理工藝。
10.如權(quán)利要求5所述的一種熱解麥秸桿制備納米碳材料的方法，其特征在于:所述的麥秸桿能替換為稻秸桿、 棉桿、玉米芯等生物質(zhì)原料。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103935978SQ201410134127
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】陳磊山, 王存景, 苗郁, 王艷博, 王輝, 張偉, 陳改榮 申請(qǐng)人:新鄉(xiāng)學(xué)院