[發(fā)明專利]一種環(huán)糊精衍生微米碳球基質(zhì)的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811423095.2
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN111217352A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳仁安;趙興云;彭佳喜;張紅燕;周孝禹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明公開了一種環(huán)糊精衍生微米碳球基質(zhì)的制備方法，以環(huán)糊精為碳源、表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，在一定溫度的水熱反應(yīng)后得到粒徑可控的微米級碳球。本發(fā)明所采用的方法為一步水熱法，表面活性劑對碳微球的粒徑、分散性和表面形貌有重要的影響，碳球?yàn)閷?shí)心碳微球，表面光滑，但通過簡單的高溫處理可以得到豐富的孔道，所得碳球的粒徑范圍為1?10μm，其粒徑可以通過環(huán)糊精濃度、表面活性劑濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)可控調(diào)節(jié)，所得碳球可應(yīng)用于液相色譜固定相、超級電容器、蛋白質(zhì)純化、水中有機(jī)物的富集去除等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型碳材料的制備領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種粒徑均勻、分散良好的以環(huán)糊精為碳源制備的單分散微米級碳球的制備方法。

背景技術(shù)

目前，制備碳微球的方法主要有：溶劑(水)熱法、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)、模板法、機(jī)械球磨法、超聲法、電弧放電法等等。其中CVD法是準(zhǔn)備碳微球的常用方法，在改法中原料在氣相反應(yīng)條件下經(jīng)脫水、降解等一系列化學(xué)反應(yīng)碳化成球。該法方便快捷，得到的碳球石墨化程度高，熱穩(wěn)定性好，但是該法難以控制碳球大小和形貌，產(chǎn)量低，球形度也不好。

水熱法由于安全無毒、工藝流程簡單、產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。其原理是高溫高壓密閉環(huán)境中，生物質(zhì)(糖類、纖維素等)經(jīng)過脫水、裂解、環(huán)化縮聚等一系列化學(xué)反應(yīng)形成的碳化球，由于該法的原料來源非常豐富和廉價(jià)，且反應(yīng)溶劑為水，產(chǎn)物對環(huán)境污染極小，工藝簡單，所得產(chǎn)物表面富含豐富的羥基、羧基和羰基等活性官能團(tuán)，易于進(jìn)一步反應(yīng)修飾，因而受到人們的普遍關(guān)注，是近十幾年來的研究熱點(diǎn)。但是目前已報(bào)道的水熱法仍具有一些局限性，如粒徑分布范圍較寬、球與球之間常發(fā)生粘連、表面凹凸不平等，這在微米級碳球的制備過程中表現(xiàn)的尤為明顯。目前，中國專利CN 105347328 A公開了以蔗糖為原料聚丙烯酸鈉為分散劑可控地制備不同粒徑的單分散性微米級碳球的方法。中國發(fā)明專利CN103864056 A也公開了以柚子皮為原料制備了碳微球的方法。

目前，以環(huán)糊精為原料在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作用下可控地制備粒徑可控的單分散性微米級碳球的方法尚未見有文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種快速、簡便、大量地制備單分散微米級碳球的制備方法，采用一步水熱法，以環(huán)糊精為碳源，表面活性劑為分散劑，成功地制備出粒徑和形貌可控的單分散微米級碳球。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1)、首先，將適量的環(huán)糊精和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑充分溶解在一定量水中形成透明的溶液；

2)、將上述溶液緩緩加入到水熱釜中，放入已設(shè)好溫度的烘箱中反應(yīng)；

3)、反應(yīng)一段時(shí)間后將釜從烘箱中取出冷卻，然后取出所得碳材料用去離子水和乙醇洗滌過濾，最后所得產(chǎn)物放在烘箱中烘干即得單分散碳微球。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，環(huán)糊精水溶液濃度為0.001～10g/mL。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑與環(huán)糊精碳源的摩爾比為0.01:1～2:1；

作為一個(gè)優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟2)的操作如下：將步驟1)中得到的均勻溶液緩緩倒入含有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，放入后設(shè)定溫度為160-250℃，反應(yīng)8-48h。

作為一個(gè)優(yōu)選方案，本發(fā)明所述步驟3)的操作如下：反應(yīng)結(jié)束后將釜從烘箱中取出，自然冷卻至室溫，過濾所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇各洗滌、過濾多次，然后將產(chǎn)物放入0℃-80℃烘箱中烘干，即得單分散碳微球。

本發(fā)明所采用的方法為一步水熱法，表面活性劑為分散劑，對碳微球的粒徑、分散性和表面形貌有重要的影響，碳球?yàn)閷?shí)心碳微球，表面光滑，但通過簡單的高溫處理可以得到豐富的孔道，所得碳球的粒徑范圍為1-10μm，其粒徑可以通過環(huán)糊精濃度、表面活性劑濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)實(shí)現(xiàn)可控調(diào)節(jié)，所得碳球可應(yīng)用于液相色譜固定相、超級電容器、蛋白質(zhì)純化、水中有機(jī)物的富集去除等領(lǐng)域。