[發(fā)明專(zhuān)利]微米多孔碳微球及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710050549.1
• 申請(qǐng)日: 2007-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101181986A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慶余;王紅強(qiáng);代啟發(fā);楊建紅;蔡敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B31/02
• 分類(lèi)號(hào): C01B31/02
• 代理公司: 桂林市持衡專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 馬蘭

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及碳素材料，特別是微米多孔碳微球；本發(fā)明還涉及這種微米多孔碳微球的制備方法。

(二)背景技術(shù)：

自從發(fā)現(xiàn)富勒烯和納米碳管以來(lái)，在世界范圍內(nèi)便開(kāi)展了對(duì)碳素材料的全面研究。不同形貌碳材料在許多方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，如催化劑載體、鋰離子電池電極材料、吸附劑、藥物緩釋劑等，因此具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的碳材料已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。根據(jù)所使用的方法以及使用碳前驅(qū)體的不同，許多不同形貌碳材料如洋蔥型碳、錐形結(jié)構(gòu)碳、碳微樹(shù)、碳微卷等已經(jīng)成功地被合成。球形碳材料的發(fā)現(xiàn)是在20世紀(jì)60年代，人們?cè)谘芯拷固康男纬蛇^(guò)程中發(fā)現(xiàn)瀝青類(lèi)化合物在熱處理過(guò)程中會(huì)發(fā)生中間相轉(zhuǎn)變，生成中間相小球。1973年，Honda和Yamada把中間相小球從瀝青母體中分離出來(lái)，并把分離出來(lái)的微米級(jí)球形材料稱(chēng)之為中間相碳微球(mesocarbon?microbeads，MCMB)。近年來(lái)，尺寸大小從納米級(jí)到微米級(jí)和結(jié)構(gòu)不同的球形碳材料已經(jīng)成功地通過(guò)不同的方法制備出來(lái)，如申請(qǐng)?zhí)枮椋?2118730.4，名稱(chēng)為《中空納米碳球的制造方法》的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，它公開(kāi)一種中空納米碳球的制造方法，該方法包括下列步驟：(a)提供一含有石墨陽(yáng)極與石墨陰極的電弧反應(yīng)室，且于電弧反應(yīng)室中通入一惰性氣體；(b)以一脈沖電流施加電壓于上述陰極與陽(yáng)極之間，從而產(chǎn)生電弧放電反應(yīng)；(c)收集沉積于石墨陰極的產(chǎn)物，包括中空納米碳球的主產(chǎn)物和納米碳管；(d)從沉積物中分離純化出中空納米碳球。但用上述方法制備納米碳球，其產(chǎn)量不高、制備工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本也相對(duì)較高。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明將公開(kāi)制備工藝簡(jiǎn)單、低成本、利用多孔淀粉為前驅(qū)體制備的微米多孔碳微球，本發(fā)明將公開(kāi)這種微米多孔碳微球的制備方法。

本發(fā)明所述微米多孔碳微球的制備方法，其步驟如下：

1)取包覆劑和多孔淀粉，加入水混合均勻，將所得的混合物進(jìn)行干燥，得到干燥后的混合物；為保證包覆劑能將多孔淀粉完全有效地包覆，一般來(lái)說(shuō)，包覆劑與多孔淀粉的配比按重量份計(jì)為，包覆劑∶多孔淀粉≥1∶20即可；但包覆劑∶多孔淀粉的配比量最好≤2∶1為宜，即包覆劑∶多孔淀粉的重量配比最好為1∶20～2∶1；所述包覆劑一般為可溶性錫酸鹽，或可溶性錫鹽，或可溶性硅酸鹽，或可以同樣起到包覆作用的其他物質(zhì)，例如可為錫酸鈉，或氯化錫，或氯化亞錫，或硅酸鈉等；而水的加入量一般以能將包覆劑和多孔淀粉混合均勻?yàn)橐耍?/p>

2)將干燥后的混合物置于惰性氣氛的環(huán)境中加熱至300～1000℃，并保溫1～36小時(shí)，然后冷卻，所得的炭化產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、干燥，即得到微米多孔碳微球；一般來(lái)說(shuō)，加熱過(guò)程中的升溫速率為0.2～20℃/min，一般用水將炭化產(chǎn)物洗滌至中性即可。

本發(fā)明所述的制備方法是以多孔淀粉為前驅(qū)體，利用包覆炭化的方法，在多孔淀粉顆粒表面包覆一層保護(hù)層，在高溫的條件下制備出單分散的微米級(jí)多孔碳微球。使用本發(fā)明所述方法進(jìn)行制備，產(chǎn)率高、成本低、工藝簡(jiǎn)單，所得的單分散的微米級(jí)多孔碳微球用途廣泛，可作為催化劑載體、鋰離子電池電極材料、吸附劑、藥物緩釋劑等使用。

(四)附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明多孔碳微球的掃描電鏡形貌圖。

(五)具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

1)稱(chēng)取5g錫酸鈉和10g多孔淀粉，加入200g蒸餾水并混合均勻，將所得的混合物進(jìn)行冷凍干燥，得到干燥后的混合物；

2)取干燥后的混合物放入氬氣保護(hù)的高溫爐中，以20℃/min的升溫速率，從室溫加熱到300℃，并在此溫度保溫3小時(shí)，然后自然冷卻到室溫，所得的炭化產(chǎn)物用蒸餾水洗滌至中性，即得微米多孔碳微球，所得的微米多孔碳微球的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

實(shí)施例2：

1)稱(chēng)取3g硅酸鈉和10g多孔淀粉，加入200g蒸餾水將它們混合均勻，所得的混合物進(jìn)行冷凍干燥，得到干燥后的混合物；

2)取干燥后的混合物放入氬氣保護(hù)的高溫爐中，以10℃/min的升溫速率，從室溫加熱到600℃，并在此溫度保溫2小時(shí)，然后自然冷卻，所得的炭化產(chǎn)物依次先用蒸餾水洗滌至中性、再用氫氟酸(質(zhì)量濃度為40％)洗滌以去除硅化合物、然后用蒸餾水洗滌至中性，干燥，即得微米多孔碳微球。

實(shí)施例3：

1)稱(chēng)取6g氯化亞錫和10g多孔淀粉，加入200g蒸餾水將它們混合均勻，所得的混合物進(jìn)行冷凍干燥，得到干燥后的混合物；