[發明專利]一種碳納米混合物的制備方法

有效

• 申請號: 202010016292.3
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111170305B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳國華;黃雅竟
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: C01B32/15
• 分類號: C01B32/15
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;姜謐

本發明公開了一種碳納米混合物的制備方法，包括如下步驟：(1)將煤原料的塊體敲碎再過篩，獲得煤粉；(2)將煤粉與蒸餾水混合后進行球磨2?4h，得到煤水混合液；(3)用環己酮對上述煤水混合液進行萃取，經烘干和研磨后，制得除雜煤原料；(4)將上述除雜煤原料與共軛雙烯體混合后，在保護氣氛下，加熱回流反應；(5)將步驟(4)所得的物料充分洗滌，經烘干后，獲得煤改性物；(6)將上述煤改性物、鐵/鎳和蒸餾水混合后進行球磨，然后冷干；(7)在保護氣氛下，將步驟(6)所得的物料保溫退火，即得所述碳納米混合物。

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，具體涉及一種碳納米混合物的制備方法。

背景技術

煤是地球上儲量最豐富的能源資源，也是焦以及各類化學品的主要來源。作為世界上第一產煤和用煤大國，我國傳統煤加工轉化技術如煤燃燒供熱、干餾煉焦、液化制油等已日趨成熟，其基本理論與實踐在Adel F.Sarofi、張德祥、謝克昌、徐旭常、張秋民、俞珠峰、王永剛、邱介山等諸多研究者堅持不懈的長期科研工作中得到了完善與發展。

目前，煤分子結構基本共識認為煤結構主體是三維空間高度交聯的非晶質聚合物，其大分子結構是由許多結構相似而又不完全相同的基本結構單元聚合而成。如圖1所示，煤中分子基本結構核心單元主要為縮合芳香環，外圍連接有各類烷基類側鏈以及各種官能團，如羥基、羧基、環氧基等(謝克昌.煤的結構與反應性[M].科學出版社，2002.)。傳統煤分子的分離提取主要集中于裂解氣化、液化生產小分子化工產品，如天然氣、醇醚、烯烴等。

近年來，除了以上煤的傳統應用外，許多研究者也將其作為制備各種納米碳材料，如碳納米管、石墨烯、碳包覆材料等等。CN101033063A公開的技術方案以煤為原料、采用化學氣相沉積法來大量制備多壁碳納米管，制備過程是通過在高溫下熱解混有催化劑的煤粉實現的，所得的多壁碳納米管管壁分布均勻，產率可達到克量級/h。CN 103771403A公開的技術方案將褐煤渣與強堿混合，采用微波快速加熱的方式大量、快速制備多層石墨烯，制備過程中通過高溫熱解將褐煤渣在強堿的作用下得到多層石墨烯，但上述方法均涉及高耗能方法。因煤的結構較為復雜，煤分子結構基本共識認為煤結構主體是三維空間高度交聯的非晶質聚合物，其大分子結構是由許多結構相似而又不完全相同的基本結構單元聚合而成。從分子間結合鍵型來看，既有共價鍵，還有非定域鍵和分子間的色散力在起作用。要形成納米碳結構，需打破各種碳源原有結構，使碳原子重新組合，不僅需破壞其結構中的弱鍵，還須破壞其結構中的共價鍵。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提供一種碳納米混合物的制備方法。

本發明的原理是利用D-A反應進行的。狄爾斯-阿爾德反應(Diels-Alderreaction)是共軛雙烯體系與烯或炔鍵發生環加成反應而得環己烯或1，4-環己二烯環系的反應。1928年德國化學家O.P.H.狄爾斯和K.阿爾德在研究丁二烯與順丁烯二酐作用時發現這類反應：在這類反應中，與共軛雙烯作用的烯烴和炔烴稱為親雙烯體，親雙烯體上的親電取代基和共軛雙烯上的給電子取代基都有使反應加速的作用。它的基本反應可以表示為圖1。根據D-A反應原理，煤可以視為親雙烯體，它可以與共軛雙烯發生D-A反應。利用共軛雙烯有機分子與煤結構中的雙鍵反應，可以逐步使共軛雙烯鍵接到煤結構上，打開煤結構上的雙鍵，削弱煤結構中的π-π作用。被削弱了π-π作用的煤結構在高溫作用下更容易向規整碳結構轉化，生成各種碳納米結構。

本發明的技術方案如下：

一種碳納米混合物的制備方法，包括如下步驟：

(1)將煤原料的塊體敲碎再過篩，獲得煤粉；

(2)將煤粉與蒸餾水混合后進行球磨2-4h，得到煤水混合液；

(3)用環己酮對上述煤水混合液進行萃取，經烘干和研磨后，制得除雜煤原料；

(4)將上述除雜煤原料與共軛雙烯體混合后，在保護氣氛下，加熱至共軛雙烯體可形成回流的溫度，回流反應5-20d；