[發明專利]一種單分散大尺寸碳球的制備方法

有效

• 申請號: 201110327415.6
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102431996A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉清泉
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

?本發明屬于化工領域，具體涉及一種高比表面積的、尺寸均一的微米級多孔的單分散大尺寸碳球的制備方法，該多孔碳球可應用于吸附、催化和電極材料等領域。

背景技術

多孔碳材料由于在氣體分離、水凈化處理、催化、色譜分析、能量儲存等方面具有廣泛的應用價值,?因而受到人們的密切關注。目前，球形碳材料的合成方法有化學氣相沉積、等離子體沉積、催化熱解和電弧法等。

中國專利CN200510047804.8公開了一種熱解碳球的制備方法，將碳源液注射到反應器內，在氣體氣流的作用下，碳源液揮發并被帶到反應器恒溫區，碳源在恒溫區發生熱分解，最終形成碳球。該方法可制備粒徑為0.1~1.5mm的、球形度高的、尺寸分布范圍窄的碳球。

中國專利CN101698479和CN101875489公開了一種微米級碳球的制備方法，將葡萄糖溶入鋅鹽的水溶液，然后將該混合液裝入反應釜，在200℃左右保溫3~10h，即可獲得粒徑5~10mm的碳球，碳球的尺寸可通過葡萄糖或鋅鹽的濃度來控制。

中國專利CN101817519公開了一種毫米級介孔碳球的制備方法，以間苯二酚、糠醛和乳化的液體石蠟為主要原料，通過攪拌預聚合、溶劑揮發、高溫碳化等步驟制備了粒徑為0.9~1.8mm的、表面光滑的碳球，并將制備的碳球應用于血液灌流用吸附劑。

中國專利CN101857218公開了一種納米級多孔碳球的制備方法，以乙炔和氫氣為主要原料，采用電弧法制備了直徑約10~18nm的多孔碳球，其比表面積超過420m²/g。

在上述碳球的制備方法中，第一種方法可制備微米級的碳球，但工藝較復雜；而后三種都要使用各種各樣的催化劑，這樣不僅使合成工藝復雜、增加制備成本，而且使制備出的碳球或多或少都有催化劑殘留，這導致在某些應用場合下，必須對碳球進行純化處理。

我們不難發現，現有方法可制備10mm以下的多孔碳球，也可制備數百微米以上的多孔碳球，但幾乎沒有辦法來制備直徑在10~100mm的多孔碳球，而尺寸在這個范圍之間的碳球可很好地應用于電極材料，目前有國外的這類產品在國內銷售。因此，為彌補國內技術在這方面的缺失、克服現有技術的不足，任何嘗試新的方法來制備粒徑在10~100mm的多孔碳球將是非常有意義的。SPG?膜（Shirasu?Porous?Glass）是日本SPG?公司在1981?年開發出來的新型無機膜，SPG膜具有一致的、均勻的微小孔徑，SPG乳化技術在制備微米級的單分散聚合物微球方面已發揮了重要的作用。

發明內容

本發明的目的在于針對現在技術中存在的不足，采用SPG膜乳化技術，以液態脲醛樹脂為起始原料制備尺寸在10~80mm的多孔碳球的方法。與現有技術相比，這一方法既簡化了生產工藝，又降低了生產成本。

本發明方法包括如下順序的步驟：

（1）在玻璃膜乳化器的油罐中加入所需乳化的液態脲醛樹脂，密封體系后與高壓氮氣相連接；

（2）?在水相中加入乳化劑、氯化銨和配制好的濃度為2.5wt%的PVA溶液，使乳化劑的濃度為0.1~1.0wt%，氯化銨的濃度為0.05~0.5mol/L，水相中PVA的濃度為0.1~0.5wt%，磁力攪拌；

（3）調節閥門使油罐中的壓力達到0.2~0.5?MPa，在壓力的作用下，將疏水性的液態脲醛樹脂通過乳化器的玻璃膜的孔壓入水相，獲得尺寸均一的油滴，水相中的乳化劑便會吸附在油滴的表面而使油滴穩定，同時，水相中的氯化銨使液態脲醛樹脂慢慢固化，固化后的樹脂顆粒沉淀下來，分離后干燥即可獲得微米級的、尺寸均一的脲醛樹脂微球；

（4）將上述脲醛樹脂微球置于馬弗爐中，在氬氣中碳化，碳化的溫度為700~1100℃，碳化時間為1~3h，即可獲得表面積大于300m²/g的碳球。

更具體地說，所述乳化劑是聚氧乙烯(20)失水山梨醇單油酸酯即Tween-80、聚氧乙烯(20)失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧乙烯(20)失水山梨醇單棕櫚酸酯、聚氧乙烯(21)硬脂醇醚、聚氧乙烯(10)油醇醚、聚氧乙烯(20)油醇醚、聚氧乙烯(20)鯨蠟醇醚、聚氧乙烯(23)月桂醇醚、聚乙二醇?400?單硬脂酸酯、聚乙二醇?400?單月桂酸酯、聚乙二醇?400?單油酸酯、聚乙二醇?600?單油酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7和AEO-9、十二烷基磺酸鈉中的一種。

所述PVA溶液的制備是，先將PVA溶于沸水中，配制成濃度為2.5wt%的溶液，冷卻待用。本發明中使用的PVA為市場所購，型號為1788。