[发明专利]一种以淀粉为原料制备准环形磁性炭微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以淀粉为原料制备准环形磁性炭微球的方法，属于炭素材料技术领域。

背景技术

淀粉是一种优质的可再生和可生物降解的资源，通常以淀粉颗粒的形式存在，在自然界中分布很广，具有品种多样、价格便宜、再生生产周期短等优点。淀粉由于它的许多固有性质，如冷水不溶性，糊液在酸、热、剪切作用下不稳定等，限制了其工业应用。通常为改善淀粉的性能和扩大应用范围，在淀粉所具有的固有特性的基础上对其进行物理、化学或酶法处理。目前采用化学法对淀粉进行改性处理应用最为广泛。淀粉在分子结构上带有许多的羟基，通过这些羟基的酯化、醚化、氧化和交联等化学反应，能改变淀粉的天然特性，赋予其特殊的新性质。淀粉还能与丙烯脂、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈等人工合成高分子单体起接枝共聚反应，使共聚物具有天然高分子和人工合成高分子两者的性质。对原淀粉颗粒进行化学改性，通常能保持其颗粒状结构，但对淀粉颗粒的表面形貌和结晶特性有一定的影响。对淀粉颗粒采用化学方法改性刻蚀可以得到具有类似准环形的中间呈现出所谓爆裂孔的淀粉颗粒。

新型炭材料的开发和应用是炭材料科学研究的一个热点方向，寻求制备具有特定形貌结构和功能的新型炭材料是炭材料研究工作的一个重要目标。炭材料的自身形貌和结构对其性质及应用领域有着重要的影响，而使炭材料具有某些特定的性能如磁响应性能也是拓展炭材料应用领域的一个重要的手段。具有磁响应性能的新型炭材料的制备已有诸如专利号为01127718.1，01131679.9， 200310119200.0，200610097443.2，200610134189.9，200710168612.1等，在催化剂载体、磁流体、磁分离等领域有着潜在的应用前景。已有的制备方法存在诸如原料成本较高，或制备方法操作较复杂，对仪器设备要求较高等问题。直接以廉价的原淀粉为原料混合铁的氢氧化物制备碳包磁性材料的方法已被提出(专利号：200310119200.0)，但目前尚无针对原淀粉的颗粒状结构和多羟基的化学特性，利用化学刻蚀的方式调控淀粉颗粒的形貌并使其具有较强的吸附能力从而吸附金属离子进而制备具有特殊形貌的磁性炭微球的报道。

发明内容

本发明公开一种简易的对廉价易得的原淀粉(颗粒状)采用交联处理后接枝共聚引入羧基的方法进行化学改性刻蚀得到具有准环形的淀粉颗粒并吸附铁、钴或者镍离子，随后对吸附产物进行控温炭化得到准环形磁性炭微球，制备具有特定形貌和功能的具有高附加值的炭材料的技术。目前没有采用淀粉为原料，经历化学改性刻蚀并引入羧基吸附铁、钴、镍离子然后对其进行控温炭化制备准环形磁性炭微球相关方面的报道。本发明所采用的原料来源广泛，价格低廉，操作过程较为简易。

本发明的技术方案：一种以淀粉为原料制备准环形磁性炭微球的方法包括下列步骤：

(1) 接枝羧基淀粉制备

(a) 在常温下将交联剂缓慢滴加到颗粒状淀粉的碱性浆液中搅拌反应15～20 h，反应结束后使用稀盐酸调节pH至中性，然后洗涤、干燥得到交联淀粉，研磨备用；

(b) 将共聚反应引发剂溶液添加到已通氮气除氧30 min的交联淀粉浆液中混合均匀，然后加入共聚单体常温反应1～3 h；

(c) 共聚反应结束后加入碱液于70～80^oC进行2～4 h皂化反应，皂化后使用稀盐酸调节pH至中性，然后使用DMF洗去均聚物，再使用水洗涤后干燥得到接枝羧基淀粉，研磨备用；

(2) 将所述接枝羧基淀粉在常温下吸附铁、钴或者镍离子3～5 h后洗涤干燥，得到吸附产物；

(3) 将所述吸附产物在炭化气氛下控温炭化得到准环形磁性炭微球，所述控温炭化为在200～400^oC区间以1^oC/min慢速升温，炭化终温为600～1500^oC，炭化时间为1～4 h。

所述颗粒状淀粉选用玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉。

所述交联剂选用环氧氯丙烷，所述共聚单体选用丙烯腈，所述引发剂选用硝酸铈铵，所述碱液选用NaOH溶液。

所述铁、钴或者镍离子选自铁、钴或者镍的可溶性盐。

所述炭化气氛采用氢气、氮气或者氩气气氛。