[发明专利]一种富酸基球形碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将球形碳材料富酸化的方法，得到含多羧基、多羟基球形碳的材料，可以进一步功能化，属于无机非金属材料制备方法技术领域。

背景技术

自从1985年Kroto等发现富勒烯、1991年lijima发现纳米碳管以来，在世界范围内便开展了对碳素材料的全面研究。球形碳材料的发现是在20世纪60年代，人们在研究焦炭的形成过程中发现沥青类化合物在热处理过程中会发生中间相转变，生成中间相小球。1973年，Honda和Yamada把中间相小球从沥青母体中分离出来，并把分离出来的微米级球形碳材料称之为中间相碳微球(mesocarbon microbeads,MCMB)。由于中间相碳微球具有许多优异的性能,如自烧结性能、化学惰性、高堆积密度、优良的导电和导热性等,可被用作高密高强碳材料、高性能液相色谱柱填料、催化剂载体、超高比表面积活性炭和锂离子二次电池负极材料等。具有独特结构、不同形貌及基团的碳材料，由于在上述多个领域中具有的潜在应用价值，已经引起了广泛的关注。

目前，合成的球形碳材料中普遍含酸性基团少，不利于进一步功能化，有必要通过新方法来优化相关球形碳材料结构及其自身性质。虽然，材料表面活化是一个比较成熟的技术过程，但因碳材料表面具有较低的反应性，以及碳材料富酸化过程中的腐蚀反应发生，使得碳材料富酸化过程条件也显得较为苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种富酸基球形碳材料的制备方法，通过较为方便的方法制备出高酸度易于功能化的球形碳材料，所得产品具有较高的酸度和较好的球形形貌。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案为：一种富酸基球形碳材料的制备方法，包括如下步骤：

1)以糖类或聚乙烯醇为碳模板剂，与有机酸混合，溶于去离子水中，得到无色透明溶液；

2)将无色透明溶液转移到不锈钢反应釜中，于160-210℃的条件下，溶剂热反应18-24h得到产物，产物经过滤、洗涤、干燥后得到一次酸化的球形碳材料；

3)将一次酸化的球形碳材料置于马弗炉中，在200-450℃的条件下反应3-10h，反应完成后得到产物，产物经洗涤至中性、过滤、干燥后得到二次酸化的球形碳材料，即目标产物。

上述的富酸基球形碳材料的制备方法，所述糖类为葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、纤维素、麦芽糖或淀粉。

上述的富酸基球形碳材料的制备方法，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、丙烯酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸、丙二酸、己二酸或羟乙基磺酸的一种或两种以上的混合。

上述的富酸基球形碳材料的制备方法，碳模板剂与有机酸的质量比为1:0.1-2.5。

上述的富酸基球形碳材料的制备方法，每克碳模板剂，加入7ml-24ml去离子水。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明原料廉价、工艺简便，所得碳材料不仅拥有球形碳材料的性质，特别具有较高的酸度，通过本发明的方法得到的一次酸化球形碳材料的酸度为3.7-5.1mmol/g，得到的二次酸化球形碳材料的酸度为6.1-7.2mmol/g，提高了材料在溶液中的分散能力和链接其他活性基团参与反应的可能性，为进一步功能化打下了基础。本发明反应基本条件为水热反应，具有简便、温和、绿色的优势。

附图说明

图1为实施例1本发明方法制备的二次酸化的球形碳材料的扫描电镜。

图2为实施例1对比实验制备的非酸化的球形碳材料-2的扫描电镜。

图3为实施例1本发明方法制备的一次酸化的球形碳材料和对比实验制备的非酸化的球形碳材料-1的红外光谱图；

图中，a：对比实验的非酸化的球形碳材料-1；b：本发明一次酸化的球形碳材料。

图4为实施例1本发明方法制备的二次酸化的球形碳材料和对比实验制备的非酸化的球形碳材料-2的红外光谱图；

图中，a：对比实验的非酸化的球形碳材料-2；b：本发明二次酸化的球形碳材料。

图5为实施例1本发明方法制备的二次酸化的球形碳材料和对比实验制备的非酸化的球形碳材料-2的X射线粉末衍射图谱；

图中，B：对比实验的非酸化的球形碳材料-2；D：本发明二次酸化的球形碳材料。

图6为实施例1制备的二次酸化的球形碳材料和对比例制备的非酸化的球碳材料-2的热失重图谱；

图中，B：对比实验的非酸化的球形碳材料-2；D：本发明二次酸化的球形碳材料。

具体实施方式