CN109589920A - 一种碳微球的快速制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种碳微球的快速制备方法,其方法工艺步骤包括:(1)将三元硝酸盐熔盐加入一开放容器中并加热至170‑220℃,加入柠檬酸,进行保温;(2)然后将步骤(1)所得反应体系降温,然后加入含碳化合物,混合均匀后,继续加热升温至180‑250℃,并进行保温;(3)将步骤(2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,过滤;(4)将步骤(3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。所述方法中加入的柠檬酸具有引入碳量子点的作用,这样使所制备的碳微球具有尺寸分布更加均匀、单分散性好、球形度高、无粘连的优点,所述方法能够缩短反应时间、节省时间、提高生产效率,所述方法使用的体系为常压开放体系,易于大批量、可连续生产。
Description
技术领域
本公开属于无机碳材料领域,具体涉及一种碳微球的快速制备方法。
背景技术
碳微球是由石墨片层在玻璃相的石墨结构中间断分布而构成,具有高比表 面积、优良的导电和导热性、化学稳定性及热稳定性等特点。目前,碳微球已 广泛应用于高密高强碳材料、锂离子电池电极材料、电化学电容器电极材料、 空心球状材料的制作模板、吸附材料、燃料电池催化剂载体、储氢材料和功能 材料的添加剂等领域。碳微球制备方法主要有:水热法、化学气相沉积法、模 板法、机械球磨法、乳化法等。其中水热法是在高温高压密闭环境中,原料经 过脱水、裂解、环化、缩聚和芳构化等一系列化学反应碳化成球形,是相对有 效的方法。但是该方法的反应条件苛刻,难以规模化制备。
相对于水作为反应介质而言,使用熔盐作为介质可以让原料在较高温度和 开放的体系下进行碳化反应。Xue Wang等人报道了一种利用复合熔盐作为溶剂 制备碳微球的方法,该方法使用KNO3/LiNO3为熔盐,葡萄糖为原料,在200℃ 条件下反应24小时,制备出单分散碳微球。吕春祥等人发明了一种荧光碳点的 制备方法,该发明以硝酸盐作为熔盐,蔗糖、葡萄糖或者柠檬酸为碳源,在 150-220℃加热4-8小时,可得到2-4nm的碳点。上述报道,虽然使用熔盐作为 溶剂,可以在开放体系下碳化反应,但是所使用的反应温度和反应时间均较高 或者较长,不利于规模化应用。
发明内容
为了解决上述问题,本公开的目的是提供一种碳微球的快速制备方法。使 其能够达到快速、简便、效率高、可连续生产的效果。
为实现上述目的的技术方案如下:
一种碳微球的快速制备方法,其方法工艺步骤包括:
(1)将三元硝酸盐熔盐加入一开放容器中并加热至170-220℃,加入柠檬 酸,进行保温;
(2)然后将步骤(1)所得反应体系降温,然后加入含碳化合物,混合均 匀后,继续加热升温至180-250℃,并进行保温;
(3)将步骤(2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,过滤;
(4)将步骤(3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
上述步骤(1)中所述的三元硝酸盐为:硝酸锂、硝酸钾和硝酸钠组成的三 元熔盐或硝酸钙、硝酸钾和硝酸钠组成的三元熔盐,所述的保温时间为10-40 分钟,所述的三元熔盐与柠檬酸的质量比为(200-1000):1。
上述步骤(2)中所述的含碳化合物为:葡萄糖、蔗糖、纤维素中的一种或 几种,所述的降温至:130℃,保温时间为:3-20分钟。
上述步骤(1)中所述的柠檬酸与步骤(2)中所述的含碳化合物的质量比 为1:(25-500)。
上述一种碳微球的快速制备方法的反应条件为常压。
本公开的有益效果是:提供了一种碳微球的快速制备方法,所述方法中加 入的柠檬酸具有引入碳量子点的作用,这样使所制备的碳微球具有尺寸分布更 加均匀、单分散性好、球形度高、无粘连的优点,所述方法能够缩短反应时间、 节省时间、提高生产效率,所述方法使用的体系为常压开放体系,易于大批量、 可连续生产。
附图说明
图1为实施例3所制备的单分散碳微球的SEM图。
图2为实施例1碳化温度为250℃条件下不同反应时间所制备碳微球的 SEM图。
图3为实施例2碳化温度为180℃条件下不同反应时间所制备碳微球的 SEM图。
具体实施方式
以下各步骤仅用以说明本公开的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述 各步骤对本公开进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可以对前述各步骤所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技 术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离 本公开各步骤技术方案的范围。
实施例1
碳化温度为250℃条件下研究反应时间对碳微球制备的影响
利用一种碳微球的快速制备方法,固定其他条件不变,改变步骤中2)的 保温时间分别为1min、1.5min、2min、3min,并按照如下工艺步骤的顺序进行:
1)将0.6克硝酸钙、1.2克硝酸钾和0.2克硝酸钠加入石英坩埚中,加热至 120℃以上,将熔盐熔融,继续升温至180℃。然后加入0.01克柠檬酸,继续保 温30分钟;
2)然后将步骤1)所得反应体系降温至130℃左右,加入0.25克葡萄糖, 混合均匀后,继续升温至250℃,并保温;
3)将步骤2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,得到棕黑 色溶液,将此溶液过滤;
4)将步骤3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
将得到的碳微球利用扫描电子显微镜进行观察,得到不同反应时间碳微球 的SEM图,如图2,其中(a)(b)(c)(d)分别是保温时间为1min、1.5min、 2min、3min,下的碳微球SEM图,根据图2发现,在1min、1.5min、2min时 其因碳化时间短,碳化不充分,而产生粘连现象,在3min时,其碳微球球形度 最好,相对均匀和分散。
实施例2
碳化温度为180℃条件下反应时间对碳微球制备的影响
利用一种碳微球的快速制备方法,固定其他条件不变,改变步骤中2)的 保温时间分别为10min、15min、20min、25min,并按照如下工艺步骤的顺序进 行:
1)将0.6克硝酸钙、1.2克硝酸钾和0.2克硝酸钠加入石英坩埚中,加热至 120℃以上,将熔盐熔融,继续升温至180℃。然后加入0.01克柠檬酸,继续保 温30分钟;
2)然后将步骤1)所得反应体系降温至130℃左右,加入0.25克葡萄糖, 混合均匀后,继续升温至180℃,并保温;
3)将步骤2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,得到棕黑 色溶液,将此溶液过滤;
4)将步骤3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
将得到的碳微球利用扫描电子显微镜进行观察,得到不同反应时间碳微球 的SEM图,如图3,其中(a)(b)(c)(d)分别是保温时间为10min、15min、 20min、25min下的碳微球SEM图,根据图3发现,在20min时,其碳微球球 形度最好,相对均匀和分散,在20min后,随着碳化时间的增加,碳微球的黏 连程度会增加,碳微球的分散性就会越差。
实施例3
一种碳微球的快速制备方法,包括并按照如下工艺步骤的顺序进行:
1)将4.8克硝酸钙、4.5克硝酸钾和0.7克硝酸钠加入石英坩埚中,加热至 120℃以上,将熔盐熔融,继续升温至170℃,然后加入0.01克柠檬酸,继续保 温40分钟;
2)然后将步骤1)所得反应体系降温至130℃左右,加入5克蔗糖,混合 均匀后,继续升温至180℃,并保温20分钟;
3)将步骤2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,得到棕黑 色溶液,将此溶液过滤;
4)将步骤3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
将得到的碳微球利用扫描电子显微镜进行观察,得到图1单分散碳微球的 SEM图,根据图1可以看出所本公开所制备的碳微球具有尺寸均匀、球形度好、 分散性好的特性。
实施例4
一种碳微球的快速制备方法,包括并按照如下工艺步骤的顺序进行:
1)将4.8克硝酸钙、4.5克硝酸钾和0.7克硝酸钠加入石英坩埚中,加热至 120℃以上,将熔盐熔融,继续升温至220℃,然后加入0.05克柠檬酸,继续保 温10分钟;
2)然后将步骤1)所得反应体系降温至130℃左右,加入1克蔗糖,混合 均匀后,继续升温至250℃,并保温3分钟;
3)将步骤2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,得到棕黑 色溶液,将此溶液过滤;
4)将步骤3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
实施例5
一种碳微球的快速制备方法,包括并按照如下工艺步骤的顺序进行:
1)将3.0克硝酸钙、6.0克硝酸钾和1.0克硝酸钠加入石英坩埚中,加热至 120℃以上,将熔盐熔融,继续升温至170℃。然后加入0.02克柠檬酸,继续保 温40分钟;
2)然后将步骤1)所得反应体系降温至130℃左右,加入2克蔗糖,混合 均匀后,继续升温至180℃,并保温20分钟;
3)将步骤2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,得到棕黑 色溶液,将此溶液过滤;
4)将步骤3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
实施例6
一种碳微球的快速制备方法,包括并按照如下工艺步骤的顺序进行:
1)将3.0克硝酸钙、6.0克硝酸钾和1.0克硝酸钠加入石英坩埚中,加热至 120℃以上,将熔盐熔融,继续升温至170℃。然后加入0.04克柠檬酸,继续保 温40分钟;
2)然后将步骤1)所得反应体系降温至130℃左右,加入4克蔗糖,混合 均匀后,继续升温至180℃,并保温20分钟;
3)将步骤2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,得到棕黑 色溶液,将此溶液过滤;
4)将步骤3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
Claims (8)
1.一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,方法工艺步骤包括:
(1)将三元硝酸盐熔盐加入一开放容器中并加热至170-220℃,加入柠檬酸,进行保温;
(2)然后将步骤(1)所得反应体系降温,然后加入含碳化合物,混合均匀后,继续加热升温至180-250℃,并进行保温;
(3)将步骤(2)所得反应体系降温至室温,加水溶解三元硝酸盐,过滤;
(4)将步骤(3)所得的产物干燥,即可得到碳微球。
2.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的三元硝酸盐为:硝酸锂、硝酸钾和硝酸钠组成的三元熔盐或硝酸钙、硝酸钾和硝酸钠组成的三元熔盐。
3.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述保温时间为10-40分钟。
4.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的三元熔盐与柠檬酸的质量比为(200-1000):1。
5.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述的含碳化合物为:葡萄糖、蔗糖、纤维素中的一种或几种。
6.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述的降温至130℃,保温时间为3-20分钟。
7.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的柠檬酸与步骤(2)中所述的含碳化合物的质量比为1:(25-500)。
8.根据权利要求书1所述的一种碳微球的快速制备方法,其特征在于,所述制备方法的反应条件为常压。
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CN116037064A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-05-02 | 北方民族大学 | 氮掺杂碳微球材料、其制备方法及应用 |
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JP2004154633A (ja) * | 2002-11-05 | 2004-06-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高温炭酸ガス吸収材 |
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CN108079737A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-05-29 | 宁波市河清源技术转移服务有限公司 | 一种多级孔甲醛吸附剂的制备方法 |
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