[發明專利]一種落葉松基炭氣凝膠微球的制備方法

無效

• 申請號: 201410612349.0
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104353402A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 劉守新;李偉;趙鑫;黃占華;劉麗華;代林林
• 申請（專利權）人: 東北林業大學;劉守新
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;C01B31/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域：

本發明涉及生物質炭材料領域，特別是涉及一種落葉松基炭氣凝膠微球的制備方法。

背景技術：

近些年，炭材料的制備具有較深入的發展，然而制備具有理想形貌、孔隙大小和孔結構可調的新型炭已成為人們所關注的焦點。到目前為止，許多不規則形狀、無序的孔隙結構的炭材料已被報道，事實上這些材料大大限制了炭材料的實用性。為了擴寬炭材料在吸附分離，藥物輸送，氣體選擇和電容電池等方面的應用領域，制備具有規整形貌、規則孔隙結構的炭材料具有重要的研究價值。

炭氣凝膠微球作為一種炭球的存在形式不但具有炭球的特點還具有輕質性，密度小，高導電率等特點。20世紀30年代初，首次利用溶膠-凝膠法及超臨界干燥技術制得炭氣凝膠微球，將醇凝膠置于高壓釜中，在高于乙醇臨界點時進行干燥，得到硅氣凝膠。20世紀80年代末，美國科學家首次制備出酚醛樹脂基有機氣凝膠，并炭化得到炭氣凝膠。這是氣凝膠材料研究中具有開創性的新進展，它不僅將氣凝膠材料從無機界擴展到了有機界，而且從電的不良導體擴展到了導電體，開創了氣凝膠新的應用領域。在國內外，每年都有大量有關炭氣凝膠及其有機氣凝膠前驅體的制備、結構和性能等方面的研究成果。炭氣凝膠微球作為一種形貌可控的氣凝膠也受到了廣泛關注。通過酚醛樹脂預聚體與三嵌段共聚物F127自組裝一步完成溶液，利用氣凝膠噴霧干燥法制備了有序的炭球，通過控制酚醛樹脂和嵌段共聚物的比率調控炭微球的宏觀尺寸和介孔孔徑。目前為止，炭氣凝膠微球的制備是以酚類和醛類聚合形成酚醛基溶液為原料，經溶膠-凝膠、超臨界干燥和炭化過程制備而成。然而操作步驟過于復雜，且干燥技術費時，成本又高。盡管如此，研究人員一直在努力探索，尋求一種制備、加工與成型可一次完成，后處理方便，節省時間與能耗的制備方法。超聲噴霧熱解法，是通過超聲將液體轉化為霧，以微米級小液滴的形式通過高溫炭化爐迅速轉化為微米級炭球，形成炭氣凝膠微球。噴霧過程不僅可以控制微球的外觀形態，而且控制微球的微觀納米結構，在噴霧過程中，通過調整攪拌速度，溶液比例等控制炭氣凝膠微球的外觀與粒徑大小；通過調整反應物濃度，反應溫度等控制炭氣凝膠微球的微觀形貌，納米粒子粒徑，納米孔洞尺寸等。

近年來，學者探索出一種工藝簡單易操作，節能降耗的一步合成法制備氣凝膠炭微球的方法。以高能炭前驅體，以氯乙酸水溶液，堿金屬酯(CA)，二氯醋酸的混合有機鹽和碳酸氫鈉為催化劑，離子交換樹脂和脂肪族混合溶液為原料采用超聲噴霧熱解法制備出多孔炭球。但是以木材制備炭氣凝膠微球的研究鮮有報道。

美國專利(US2014255786A1)介紹了一種通過球形磨具和金屬-二甲基藍染料浸漬法制備炭球。此方法需要材料成本較高，金屬環境抗失活穩定性低，反應條件不易控制。

歐洲專利(WO12014025236)介紹了一種復合金屬納米粒子/碳的制備方法,以及一種電化學裝置組成的球體。通過熱處理涉及聚合金屬納米粒子的表面和碳化產生聚合物，將金屬納米粒子均勻分散在聚合物中，合成復合金屬納米粒子/碳球。這種方法制備的鋰二次電池復合金屬納米粒子/碳球可以改善充電/放電特性和壽命特征。但是原料中引入金屬，應選擇環保的原料。

公開號CN103848413A的中國專利介紹了一種在超聲波條件下，在水或有機溶劑中溶解聚苯乙烯微球,加碳源成懸濁液并持續超聲0.5-6小時；在惰性氣氛下高溫焙燒的方法制備介孔碳球材料。此方法原料和工藝成本高，操作工藝復雜，且不夠環保。

公開號為CN1013756253的中國專利介紹了一種環氧樹脂為原料，為了增加聚合物涂層效果，將環氧樹脂和固化劑混合攪拌均勻，消除泡沫并用模具進行加熱固化得到空心碳球/環氧樹脂復合材料。空心碳球/環氧樹脂復合材料具有重量輕、介電常數低、導熱性好，尺寸穩定性、化學穩定性好等特點。然而原料不夠環保，有待于開發一種生物質作為原料。

公開號為CN103709339A的中國專利介紹了一種內核離子球聚電解質刷的微納米碳球制備方法。通過加載合成偶氮酰氯表面的微納米碳球和合成的離子球聚電解質內核的微納米碳球自由基聚合得到。制備方法簡單，可行性強。原料及制備過程環保，分子量低，但是操作方法過于精密，可控性較差。

公開號為CN103623823的中國專利介紹了一種以天然淀粉為原料，溶解倒水熱制備多羥的碳球。原料環保，工藝簡單，然而此方法耗時較長，生產效率低。