[發(fā)明專利]一種基于生物質(zhì)基的水熱碳化制備炭微球的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510034727.6
• 申請日: 2015-01-24
• 公開（公告）號: CN104671229A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭會琴;顏流水;舒婷;李可心;劉宇;畢晨陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于炭微球材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于生物質(zhì)基的水熱碳化制備炭微球的方法。

背景技術(shù)

碳材料因具有較好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能可被應(yīng)用到鋰離子電池、催化劑載體等領(lǐng)域。隨著富勒烯、碳納米管的發(fā)現(xiàn)更是掀起了人們對碳材料的廣泛關(guān)注，特別是球形碳材料，以其優(yōu)良的性能從諸多碳材料中脫穎而出。與煤基和瀝青基等不可再生資源作為原材料相比，高分子基炭微球因其制備材料綠色可再生，對環(huán)境污染較小，引起大量研究和關(guān)注。

王慶等在“熱解硬碳材料及其制備方法和用途”?(ZL01807830.3)?中，將炭前驅(qū)體（如纖維素、淀粉等）與溶劑混合配制成均相分散體系后置于壓力容器中液相脫水，經(jīng)洗滌、過濾、干燥、炭化得到熱解硬炭微球材料。陳明鳴等在“淀粉基炭微球的制備方法”（ZL200710150251.8）中，將淀粉類炭前驅(qū)體（如：禾谷類淀粉、薯類淀粉、豆類淀粉等）在加熱爐中以氧化氣氛進(jìn)行氧化處理后轉(zhuǎn)入炭化爐，在惰性氣體保護(hù)下高溫?zé)崽幚恚鋮s后得到淀粉基炭微球。

但目前用于合成炭微球的高分子碳源多為純糖類物質(zhì)，其本身作為一種工業(yè)產(chǎn)品，應(yīng)用其制備功能性炭微球材料存在生產(chǎn)成本高、原材料來源過程復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)效益不顯著等問題。且上述工藝或需要高溫或需要有機(jī)溶劑，無法實(shí)現(xiàn)綠色制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于生物質(zhì)基的水熱碳化制備炭微球的方法,以農(nóng)林廢棄物油茶籽殼作為炭前驅(qū)體通過低溫水熱炭化制備。該方法具有原料來源廣泛、價格低廉、制備過程簡單綠色、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種基于生物質(zhì)基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征包括如下過程：

（1）以粒徑為2-74μm的油茶籽殼粉末為原料；將原料與去離子水以1:30~1：25（w/v,?g/ml）比例混合，混合6h以上，后轉(zhuǎn)入不銹鋼反應(yīng)釜中，通入氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w除氧后將反應(yīng)釜放入230（±10）℃鼓風(fēng)干燥箱恒溫反應(yīng)11~16h；

（2）將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒，取出固體，依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用30%的乙醇-水溶液在55~65℃下微波-超聲提取至少3次，每次至少30min，將混合物進(jìn)行真空抽濾得到固體，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球，相對真空度低于-0.015MPa。

本發(fā)明具有有如下優(yōu)點(diǎn)：制備原料來源于一種我國南方特有的且種植大量的油料作物—油茶加工過程的副產(chǎn)物，即油茶籽殼，它是一種來源廣泛、價格低廉的綠色可再生資源。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡單，所得到炭微球在水和乙醇中均具有良好分散性；整個過程無需任何有毒有害試劑，完全實(shí)現(xiàn)綠色制備。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的炭微球的掃描電鏡（SEM）圖片。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所制備的炭微球的SEM圖片。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3所制備的炭微球的SEM圖片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將1.0g?油茶籽殼粉末加入到30ml去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌混合6h，后轉(zhuǎn)入50ml不銹鋼反應(yīng)釜中，通入氮?dú)獬鹾髮⒎磻?yīng)釜放入230℃鼓風(fēng)干燥箱恒溫反應(yīng)12h。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒，取出固體，依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用30%的乙醇-水溶液在60℃下微波-超聲條件下提取3次，每次30min。將混合物進(jìn)行真空抽濾得到固體，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒徑約為700nm，產(chǎn)率為32.5%，用BET方法測定炭微球的比表面積為57.3?m²/g,真密度為0.197g/cm³。

實(shí)施例2

將2.0g?油茶籽殼粉末加入到60ml去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌混合6h，后轉(zhuǎn)入100ml不銹鋼反應(yīng)釜中，通入氮?dú)獬鹾髮⒎磻?yīng)釜放入230℃鼓風(fēng)干燥箱恒溫反應(yīng)12h。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒，取出固體。依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用30%的乙醇-水溶液在60℃下微波-超聲提取3次，每次30min。將混合物進(jìn)行真空抽濾得到固體，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒徑約為700?nm,?產(chǎn)率為34.5%，用BET方法測定炭微球的比表面積為55.3m²/g,真密度為0.20?g/cm³。

實(shí)施例3

將1.0g?油茶籽殼粉末加入到30ml去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌混合6h，后轉(zhuǎn)入50ml不銹鋼反應(yīng)釜中，通入氮?dú)獬鹾髮⒎磻?yīng)釜放入230℃鼓風(fēng)干燥箱恒溫反應(yīng)16h。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒。取出固體，依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，然后用30%的乙醇-水溶液在60℃下微波-超聲提取3次，每次30min。將混合物進(jìn)行真空抽濾得到固體，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒徑約為500nm，產(chǎn)率為34.3%，用BET方法測定炭微球的比表面積為56.1m²/g，真密度為0.203?g/cm³。