[發明專利]一種碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410673562.2
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104401965A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 唐濤;龔江;問研良;劉杰;姜治偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B09B3/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種碳材料的制備方法。

背景技術

零維、一維、二維和三維碳材料具有良好的化學穩定性、熱穩定性、優良的導電和導熱性、較大的比表面積和較低的密度，是一種具有廣泛應用前景的材料。目前零維、一維、二維和三維碳材料已被廣泛應用于生物、環境、能源、催化和復合材料等領域。

零維、一維、二維和三維碳材料通常采用電弧放電法、激光蒸發法、電化學氣相沉積法及催化合成法制備。這些方法中碳源通常是有機碳氫小分子，比如甲烷、乙烯和乙炔等。

另外，在制備零維、一維、二維和三維碳材料的過程中，也可以采用有機聚合物作為碳源材料。Jiang?Gong報道了用聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯混合物作為碳源，四氧化三鈷和有機改性蒙脫土作為催化劑制備核殼結構的鈷－碳球，提純后得到中空碳球，可以控制添加的四氧化三鈷的量來控制中空碳球的大小(Jiang?Gong,Jie?Liu,Zhiwei?Jiang,Xuecheng?Chen,Xin?Wen,Ewa?Mijowska,Tao?Tang.Converting?mixed?plastics?into?mesoporous?hollow?carbon?spheres?with?controllable?diameter.Applied?Catalysis?B:Environmental?152–153(2014)289–299)。然而四氧化三鈷比較貴，同時鈷離子的毒性較大；此外制備的中空碳球形狀不均勻，不能控制尺寸大小。

Xuecheng?Chen報道了用醋酸鈷和有機改性蒙脫土作為催化劑，聚丙烯作為碳源制備中空碳球(Xuecheng?Chen,Hang?Wang,Junhui?He.Synthesis?of?carbon?nanotubes?and?nanospheres?with?controlled?morphology?using?different?catalyst?precursors.Nanotechnology?19(2008)325607)。但是制備的中空碳球尺寸不能調控、產率較低。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種零維、一維、二維和三維碳材料的制備方法，采用本發明所提供的制備方法得到的零維、一維、二維和三維碳材料尺寸可控，產率高。

本發明提供了一種碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

A)將塑料與無機模板粒子混合，加熱，得到無機模板粒子－碳復合物；

B)將所述無機模板粒子－碳復合物與酸混合，進行反應，得到碳材料。

優選的，所述塑料包括回收塑料。

優選的，所述塑料為聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚已內酯、聚碳酸酯、氯化聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚丁二酸丁二醇酯中的一種或多種。

優選的，所述無機模板粒子為硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋁、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鋁、氯化鎂、氯化鈣、氯化鋁、堿式碳酸鎂、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鈦、氧化鉻、氧化錳、氧化鉬、氧化銀、云母、硅藻土、滑石粉、高嶺土、蛭石、水鎂石、膨潤土、埃洛石、層狀雙親金屬氧化物、海泡石和擬薄水鋁石中的一種或多種。

優選的，塑料與無機模板粒子的質量比為(5～95)：(95～5)。

優選的，所述酸為氫氟酸或鹽酸。

優選的，所述碳材料的碳層厚度為0.3納米～20微米。

優選的，所述塑料與無機模板粒子按照如下方法混合：

將塑料與無機模板粒子置于球磨機中，在轉速50～200轉/分的條件下攪拌混合5～15分鐘，得到塑料-無機模板粒子混合物。

優選的，步驟A)中所述加熱的溫度為500℃～1000℃。

優選的，將所述無機模板粒子－碳復合物與酸混合，進行反應后，還包括回流的步驟。

與現有技術相比，本發明提供了一種碳材料的制備方法，包括以下步驟：A)將塑料與無機模板粒子混合，加熱，得到無機模板粒子－碳復合物；B)將所述無機模板粒子－碳復合物與酸混合，進行反應，得到碳材料。本發明以塑料和/或回收塑料作為碳源材料，在無機模板粒子催化作用下，通過燃燒反應制備碳材料，方法簡便，制備得到的碳材料尺寸可控，并且產率較高。另外，本發明利用塑料，特別是回收塑料作為制備碳材料的碳源，原料來源極其豐富，價格低廉，并且還可以為回收有機聚合物的再利用提供新的途徑。

結果表明，采用本發明制備方法制備得到的碳材料的幾何尺寸為5納米～150微米，得率為10％～30％。

附圖說明