[發(fā)明專利]一種由煤液化殘渣制備納米碳球的方法及納米碳球

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310085483.5
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN104058381A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉長坤;趙俊鵬;陳松;張新鋒;郭小汾
• 申請（專利權(quán)）人: 神華集團有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鐘守期;王媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種由煤液化殘渣制備納米碳球的方法，并且涉及一種納米碳球。

背景技術(shù)

煤液化殘渣包括煤直接液化制油過程的殘渣和煤焦油瀝青，是當(dāng)前煤直接液化、煤熱解煉焦或制半焦工藝過程中最重要的兩種副產(chǎn)品，產(chǎn)量占各自過程中原料煤用量的20％-35％，因此如何有效利用這兩種副產(chǎn)品對煤直接液化和煤熱解這兩個化工過程的經(jīng)濟效益影響巨大。然而，煤直接液化制油過程的殘渣和煤焦油瀝青中，均含有大量未完全裂解的稠環(huán)芳香化合物和無機灰分，對其進(jìn)一步加工比較困難。

當(dāng)今對煤液化殘渣的利用主要有燃燒、焦化制油、氣化制氫或用作道路基礎(chǔ)防水層等傳統(tǒng)方法。殘渣中，瀝青類物質(zhì)的含量為20-40％左右，主要由多環(huán)的稠合芳烴組成，具有芳香度高、碳含量高、容易聚合或交聯(lián)的特點，適合作為制備碳素材料的原料。煤液化殘渣中瀝青類物質(zhì)的獨特特性越來越受到人們的重視。中國專利ZL200510047800.X公開了一種以煤炭直接液化的殘渣作為原料等離子體制備納米碳材料的方法。中國專利ZL200910087907.5公開了一種利用煤直接液化殘渣制備瀝青基碳纖維的方法。

另一方面，石墨化納米碳球作為一種基礎(chǔ)材料，在機電、塑料、催化劑等行業(yè)有很廣的潛在用途。在之前的實驗室研究中，納米碳球通常需要通過昂貴的工藝制備，比如催化還原法、溶劑化學(xué)法、二茂鐵或乙醇熱解法、激光分解法、二氧化硅模板法、化學(xué)蒸氣沉積法、電弧法和乙炔火焰法等，這些工藝的缺點是工藝復(fù)雜或原料昂貴，不能大規(guī)模制備。US 7718155公開了一種使用大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的酚醛樹脂等碳化制得納米碳球的方法。雖然該方法使得大規(guī)模生產(chǎn)納米碳球成為可能，但碳化需要在2000℃左右的溫度下進(jìn)行，工藝難度較高。再者，相對于煤熱化殘渣而言，酚醛樹脂的成本較高。CN102225755A公開了一種使用煤液化殘渣制備中間相碳微球的方法，其中將煤液化殘渣進(jìn)行溶劑萃取，然后在成核促進(jìn)劑的參與下進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，制得中間相小球。該文獻(xiàn)中所制得的小球直徑大致在5微米至30微米的范圍內(nèi)，因而不具有納米結(jié)構(gòu)所獨有的特性，且該方法要求先對煤液化殘渣進(jìn)行萃取以獲得精制瀝青，使用該方法的成本和難度因此大幅提升。

由以上描述可知，雖然現(xiàn)有技術(shù)在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)納米碳球、簡化工藝、降低生產(chǎn)成本等方面都進(jìn)行了探索和改進(jìn)，但尚未能找到一種利用煤液化殘渣制備納米碳球的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個方面提供一種由煤液化殘渣制備納米碳球的方法，包括以下步驟：

提供一種油溶性混合物I，其包括油溶性有機化合物和過渡金屬化合物；

將煤液化殘渣與混合物I混合，得到混合物II；和

將混合物II煅燒。

本發(fā)明的另一個方面提供一種由上述方法制得的納米碳球。

本發(fā)明的又一個方面提供一種納米碳球，由煤液化殘渣為原料制得。

本發(fā)明的納米碳球為一種高石墨化納米碳球，其具有較為均勻的納米級直徑；該高石墨化納米碳球優(yōu)選為空心的。

本發(fā)明利用大規(guī)模生產(chǎn)的、價格低廉的煤液化殘渣，通過簡單方法制備出高石墨化納米碳球，為煤化工副產(chǎn)品的有效利用提供一種新的途徑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制得的納米碳球的TEM和SEM表征圖(TEM：a-c；SEM：d)。

圖2為本發(fā)明實施例1制得的納米碳球的拉曼光譜表征圖。

圖3為本發(fā)明實施例1制得的納米碳球的體電導(dǎo)率(松裝導(dǎo)電性)測試結(jié)果圖。

圖4為本發(fā)明實施例2制得的納米碳球的環(huán)狀石墨化結(jié)構(gòu)的HRTEM(高分辨率透射電鏡)表征圖。

圖5為本發(fā)明實施例3制得的納米碳球的環(huán)狀石墨化結(jié)構(gòu)的HRTEM(高分辨率透射電鏡)表征圖。

具體實施方式

通過下面參考實施例的描述進(jìn)一步詳細(xì)解釋本發(fā)明，但以下包括實施例的描述僅用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠更加清楚地理解本發(fā)明的原理和精髓，不意味著對本發(fā)明進(jìn)行任何形式的限制。

在本說明書中，如無相反說明，則含量百分比是指重量百分比，基于溶液或混合物的總重量計；份是指重量份。如無具體說明，則所有操作均在室溫常壓下進(jìn)行。