[01066494]催化法制备多壁碳纳米管及其应用研究

项目研究的背景及用途：在国家自然科学基金、天津市自然科学基金、国家科技部国际合作计划的资助下，该项目在2001年采用催化法制备多壁碳纳米管的制备规模已经达到了约30克/每天(次)，有关制备方法早在2000年初就已经申请中国专利，该专利申请已经获得授权。课题组对多壁碳纳米管的纯化方法也进行了比较系统的研究，获得了优化的纯化条件，建立了比较成熟的纯化方法；早在2000年就开展了多壁碳纳米管-聚合物复合材料制备及其表征的研究工作，研究结果表明多壁碳纳米管-聚合物复合材料在力学机械性能和导电性等方面均有显著提高；课题组还与法国等国的科学家开展了有关多壁碳纳米管应用的合作研究。由于碳纳米管具有优异的综合力学性能(高弹性模量、高杨氏模量、低密度)、优异的电学性能、优异的吸附性能、优良的热力学性能，再加上可掺杂具有特殊结构的无机纳米颗粒，所以碳纳米管-聚合物纳米复合材料的力学、电学及热、光等性能将会有显著的提高，在微电子、电器、机械、交通运输、建筑材料、能源、国防、军工、航空航天、轻工、石化、环保、催化、生物医学、体育器械等领域将会有重要的应用。如汽车工业是中国重点发展的四大支柱产业之一，而汽车自身的减重则是节能增效的重要途径之一；碳纳米管-聚合物纳米复合材料不仅具有低密度、高强度的特点，而且抗静电和阻燃等性能也会显著提高，所以将会成为重要的汽车结构材料。研制碳纳米管-聚合物纳米复合材料，有可能使工程塑料发生革命性的变化，其社会意义和经济意义将是非常巨大的。技术原理及流程：以甲烷等低碳烷烃为原料气，并辅以氢气等气体，使用过渡金属催化剂，在石英反应管内催化甲烷裂解制备多壁碳纳米管。采用氧化法对多壁碳纳米管粗产物进行纯化，纯度可以达到98％以上；经过进一步的深度纯化，纯度可以达到99.9％以上。使用纯化的多壁碳纳米管与聚合物进行复合，可以制得力学性能和导电性能等方面均有明显提高的纳米复合材料。生产规模及产量：40万元人民币以每天生产1公斤多壁碳纳米管、每年生产两百天计算，年生产多壁碳纳米管0.2吨。1-2年收回成本，第2-3年开始赢利。所需厂房占地面积：200m<'2>。主要设备：原料气计量、控制设备；催化甲烷裂解制备多壁碳纳米管的反应设备；对多壁碳纳米管粗产物进行纯化的设备等。主要原材料及来源：甲烷、氢气等气体。市场分析及效益预测：多壁碳纳米管在微电子领域可用于制造高清晰度、高分辨率、超薄的平板显示器件，在电器领域可用于制造超级电容等；碳纳米管-聚合物纳米复合材料具有高强度、低密度、抗静电等性能，可以用于机械、交通运输、建筑材料、能源、国防、军工、航空航天、轻工、石化、环保、催化、生物医学、体育器械等领域；总之，多壁碳纳米管及其复合材料的应用前景是非常好的。以年生产多壁碳纳米管0.2吨计算(每天生产1公斤，每年生产两百天)，每克多壁碳纳米管粗产物的价格可以降到2元人民币(每公斤2000元人民币)，则销售收入可以达到40万元人民币。若将多壁碳纳米管用于制造其它产品，如碳纳米管-聚合物纳米复合材料，则带来的销售收入将达到80万元人民币。