[發(fā)明專利]刺猬狀碳納米球及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103848411A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明杰;袁新生;王要兵
• 申請（專利權(quán)）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司;深圳市海洋王照明工程有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務(wù)所 44237
• 代理人: 張全文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種刺猬狀碳納米球及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前碳材料從零維C₆₀、一維碳納米管、二維石墨烯到三維石墨都有很多相關(guān)的研究。其中碳微粒由于機械特性、耐藥品性、耐熱性、耐摩耗性、導(dǎo)電性優(yōu)異而被廣泛用于例如耐熱填料、復(fù)合材料的強化劑、填充劑、吸附劑、汽車部件、電機部件、產(chǎn)業(yè)機械等的用途。

當(dāng)前，為了對該碳微粒賦予功能性如為了提高比表面積而在內(nèi)部具有空孔的多孔質(zhì)碳微粒等己受到人們關(guān)注。具體地，作為在內(nèi)部具有空孔的多孔質(zhì)碳微粒的代表的活性碳，利用其細孔而在吸著劑、分子篩碳材、水處理劑、空氣凈化劑、催化劑和電容器電極等廣泛領(lǐng)域已被工業(yè)化。活性碳，通過將作為原料的碳微粒利用水蒸氣等氣體進行激活處理、和利用氫氧化鉀等藥品進行激活處理，就可獲得，但要控制其細孔徑則會有困難。由于活性碳的功能根據(jù)其細孔徑的大小、和容量(比表面積)而不同，形成任意的孔徑的技術(shù)是重要的。進而，粒子形狀、粒徑和窄粒徑分布的控制等對活性碳的質(zhì)量提高方面也受到重視。

作為其現(xiàn)有一方法，是公開了將以苯乙烯等會熱分解的聚合物作為芯，而以聚丙烯腈等的碳前體聚合物作為殼的芯殼微粒進行燒成，從而獲得中空碳微粒的方法。通過此方法得到的中空碳微粒，中空結(jié)構(gòu)的直徑較大，為碳微粒的直徑的20%以上，所以不具有足夠的比表面積，又由于是使用乳化聚合體系制造的，所以存在使粒徑的控制范圍限制在0.5μm以下的課題。

另外，也公開了一種將富勒烯等中空結(jié)構(gòu)的碳材料與碳前體通過熔融混煉進行分散，然后進行粉碎處理，且經(jīng)由燒成、激活處理而獲得活性碳的方法。該方法由于實施粉碎處理，所以活性碳的形狀不規(guī)則，存在粒徑分布寬的問題。

因此，無論采用現(xiàn)有哪種方法進行制備碳微粒，所制備的碳微粒表面積有限，且粒徑無法得到有效控制，從而影響了該碳微粒的應(yīng)用。另外，通過檢索，尚未發(fā)現(xiàn)對刺猬狀碳納米球的研究報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種表面豐富、球體大小均勻的刺猬狀碳納米球及其制備方法。

本發(fā)明實施例的另一目的在于提供該刺猬狀碳納米球的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種刺猬狀碳納米球的制備方法，包括如下步驟：

對反應(yīng)室抽真空，然后向真空反應(yīng)室中通入保護性氣體；

保持保護性氣體的通入，將反應(yīng)室加熱至550～800℃，然后向反應(yīng)室中通入含金屬元素的有機碳源進行碳化反應(yīng)10～120min，待碳化反應(yīng)完畢后，停止通入保護性氣體和含金屬元素的有機碳源，冷卻，得到所述刺猬狀碳納米球。

以及，一種刺猬狀碳納米球，所述刺猬狀碳納米球由上述刺猬狀碳納米球的制備方法制備而成，其包括碳納米顆粒和生長在所述碳納米顆粒表面的若干碳刺。

以及，上述刺猬狀碳納米球在吸著劑、分子篩碳材、水處理劑、空氣凈化劑、催化劑和污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用。

上述刺猬狀碳納米球制備方法利用金屬元素的有機碳源為原料進行碳化制備，避免了另外添加碳化催化劑的步驟，有效簡化了其工藝，降低其生產(chǎn)成本，而且條件易控，合格率高。利用該方法制備的刺猬狀碳納米球在碳納米顆粒表面生長有豐富的碳刺，賦予了該刺猬狀碳納米球較大的比較面積，而且利用該方法制備的刺猬狀碳納米球尺寸均勻。正是由于制備的刺猬狀碳納米球具有較大的比較面積和均勻的尺寸，有效擴大了其應(yīng)用范圍。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例1制備刺猬狀碳納米球的SEM圖；

圖2為本發(fā)明實施例刺猬狀碳納米球的制備方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供工藝簡單、生產(chǎn)效率高的刺猬狀碳納米球的制備方法，包括如下步驟：

步驟S01.對空反應(yīng)抽真空并通入保護性氣體：

對反應(yīng)室抽真空，然后向真空反應(yīng)室中通入保護性氣體；

步驟S02.向反應(yīng)室中通入含金屬元素的有機碳源進行碳化反應(yīng)：