[发明专利]多孔碳球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种多孔碳球的制备方法。

背景技术

碳基纳米材料，尤其是多孔碳球材料，具有高度的化学稳定性、良好的耐高温性能、较大的比表面积、特殊的孔结构，以及优异的机械性能、较低的密度和良好的导电性能，因此在气体吸附、催化剂载体、药物控释、储氢材料、燃料电池等领域具有广泛的应用前景，引起了人们极大的研究兴趣。

现有技术公开了多种多孔碳球材料的制备方法，主要有模板法，包括硬模板法和软模板法，还有水热法、化学气相沉积等，但这些方法存在成本过高、操作复杂、条件苛刻、产量低，制备的碳球粒径较小，且很不均一、分散性较差等诸多缺点，因而其应用受到很大限制。

例如，CN101181986A公开了一种制备微米多孔碳球的方法，该方法利用多孔淀粉为碳源前驱体，采用包覆碳化的方法，在多孔淀粉颗粒表面包覆一层保护层，在高温的条件下制备出单分散的微米级多孔碳微球，但是本方法热处理温度较高，对设备有一定限制，并且采用了含锡的化合物作为包覆剂，对人体和环境有一定的毒性，影响了其工业应用。CN101698479A公开了一种大尺寸碳球的制备方法，该方法通过加入锌盐，得到了微米级的碳球，直径尺寸在5~10μm之间，但是本方法直接用锌盐和葡萄糖的混合溶液水热碳化，得到的碳球也未进一步碳化处理，因此制备的多孔碳球尺寸均一性不好，且没有分等级的孔形成。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多孔碳球的制备方法，制备的多孔碳球尺寸均匀，且分散性良好，具有分等级孔。

本发明提供了一种多孔碳球的制备方法，包括以下步骤：

A）将含有环氧基团的多孔高分子微球的乙醇分散液与葡甲胺的水溶液混合、反应，得到功能化的多孔高分子微球；

B）将步骤A）得到的功能化的多孔高分子微球与糖类化合物的水溶液混合、反应，得到复合微球；

C）将步骤B）得到的复合微球在惰性气体中进行高温碳化，得到多孔碳球。

优选的，所述含有环氧基团的多孔高分子微球的粒径为3μm~5μm，孔径为40nm~60nm。

优选的，所述含有环氧基团的多孔高分子微球与葡甲胺的质量比为1：1~3。

优选的，所述功能化的多孔高分子微球与糖类化合物的质量比为1：8~16。

优选的，所述糖类化合物选自蔗糖和葡萄糖中的任意一种或两种。

优选的，所述糖类化合物的水溶液的浓度为0.36g/mL~0.60g/mL。

优选的，所述含有环氧基团的多孔高分子微球的乙醇分散液浓度为0.025g/mL~0.2g/mL。

优选的，所述步骤A）中，所述反应的温度优选为40℃~80℃，所述反应的时间优选为15h~24h。

优选的，所述步骤B）中，所述反应的温度优选为150℃~200℃，所述反应的时间优选为20h~30h。

优选的，所述步骤C）中，所述高温碳化的温度优选为100℃~800℃，所述高温碳化的时间优选为8h~15h。

本发明将含有环氧基团的多孔高分子微球的乙醇分散液与葡甲胺的水溶液混合、反应，得到功能化的多孔高分子微球；再将其与糖类化合物的水溶液混合、反应，得到复合微球；然后在惰性气体中进行高温碳化，得到多孔碳球。本发明采用微米尺寸的含环氧基团的多孔高分子微球为模板，在经过葡甲胺表面修饰之后，模板的孔结构得到保留，且表面引入了大量的羟基，能够吸附糖类化合物水热过程中衍生的各级寡聚物，使得糖类化合物在模板球的孔道内和表面进行脱水聚合芳香化，避免糖类化合物二次成核而形成小球，从而使制备的多孔碳球尺寸均匀且分散性良好；同时，本发明使用的多孔高分子微球模板的孔径为等级分布，其与糖类化合物形成的复合微球在经过碳化处理后，产生了小介孔及微孔，使得制备的微球具有分等级孔。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的多孔碳球的扫描电镜图；

图2是本发明实施例2制备的多孔碳球内部的扫描电镜图；

图3是本发明实施例2制备的多孔碳球表面的扫描电镜图；

图4是本发明实施例2制备的多孔碳球的粒径分布图；

图5是本发明实施例2制备的多孔碳球的氮气吸附-解吸附等温线；

图6是本发明实施例2制备的多孔碳球的孔径分布图。

具体实施方式

本发明提供了一种多孔碳球的制备方法，包括以下步骤：