[发明专利]一种高分散空心碳球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分散空心碳球的制备方法，其属于材料技术领域。

技术背景

碳微球具有结构形貌规整，分散性好，导热系数高，耐热性能好，物理及化学性能稳定等优点。其广泛应用于吸附、催化、电化学等领域，制备高强复合材料，催化剂载体，润滑剂，气体储存中间体以及锂离子电池电极材料，尤其用作制备中空结构材料的绿色模板剂。碳微球的制备方法有溶剂热法、化学气相沉积法和模板法。其存在合成周期长，粒径分布不均匀，分散性不好，催化剂难以完全处理等缺点。目前以淀粉为原料制备的碳微球具有产率高、成本低、工艺简单、单分散、粒径可调、可控等优点。淀粉本身是一种典型的天然高分子化合物，是一种可再生的能源。用淀粉制造具有特殊功能的新材料，一直以来是学术界和工业界感兴趣的课题。这一方面是由于淀粉资源丰富、价格低廉；另一方面是淀粉的可降解性，全世界都重视环境治理的今天显得尤为重要。

其中HuZhongai(ElectrochimicaActa，2015，10(167)：303)等对土豆淀粉进行无催化剂的水热反应，得到粒径为250nm的碳微球；天津大学赵硕等以淀粉为原料，通过预氧化、氯化锌、氯化铵辅助合成了碳微球或碗状半球，但以淀粉为碳源无模板制备高分散的中空碳球还未见报道。

发明内容

本发明的特点在于提供一种简单、易行的制备高分散的空心碳球的方法。其生产成本较低并且对环境安全无害，是理想的制备碳材料的方法。并且球粒径分布均匀，分散性较好。

本发明所述高分散空心碳球的制备方法，是以淀粉为原料，碳酸钠和碳酸氢钠为缓冲溶液，用柠檬酸预处理淀粉，然后过滤，乙醇洗涤，干燥后碳化，再经酸洗，水洗，干燥后获得高分散的中空碳球材料。所制备的材料可用于有机物吸附和超级电容器。

本发明采用的技术方案：一种高分散空心碳球的制备方法的方法包括下列步骤：

1.把淀粉，碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，柠檬酸放置于三口烧瓶中，经水浴搅拌，过滤，乙醇冲洗，干燥，碳化，酸洗和水洗等步骤即可得到高分散的空心碳球；

2.所述的高分散空心碳球的制备方法，淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、马铃薯豆淀粉以及可溶性淀粉；

3.所述的高分散空心碳球的制备方法，缓冲溶液也可以是碳酸钾和碳酸氢钾；

4.所述的高分散空心碳球的制备方法，淀粉与柠檬酸的比例为20∶1至1∶1；

5.所述的高分散空心碳球的制备方法，水浴的温度为40-70℃，搅拌时间为8-30h；

6.所述的高分散空心碳球的制备方法，抽滤的过程之中，加入一定量的乙醇，能较好的分散成很好的碳前躯体粉末；

7.所述的高分散空心碳球的制备方法，干燥过程为两个阶段：80℃干燥24h，110℃干燥24h；

8.所述的高分散空心碳球的制备方法，碳化升温速率为1-5℃/min，碳化温度为500-900℃，保温时间为1-12h。

附图说明

图1为实施例1可溶性淀粉制备的空心碳球的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图2为实施例2红薯淀粉制备的空心碳球的SEM照片。

图3为实施例3土豆淀粉制备的空心碳球的SEM照片。

具体实施方式

实施例1

称量可溶性淀粉3g，柠檬酸0.6g，混合溶于100ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH＝9，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55℃干燥5h，然后在真空干燥箱内80℃干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为800℃，并以1℃/min升温，并保温3h，即得到的样品。样品SEM测试结果显示，所制得碳材料微结构呈空心椭球形，分散好，颗粒大小10-50微米。

实施例2

称量红薯淀粉3g，柠檬酸0.6g，混合溶于100ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH＝9，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55℃干燥5h，然后在真空干燥箱内80℃干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为800℃，并以1℃/min升温，并保温3h，即最终获得所得到的样品。样品SEM测试结果显示，所制得碳材料微结构呈空心球形，分散好，颗粒大小5-15微米。

实施例3

称量土豆淀粉3g，柠檬酸0.6g，混合溶于100ml的碳酸钠和碳酸氢钠的缓冲溶液，调节pH＝9，磁力搅拌混合均匀，再机械搅拌15h，抽滤，用蒸馏水和乙醇多次冲洗，先恒温鼓风干燥箱内55℃干燥5h，然后在真空干燥箱内80℃干燥12h，之后在管式炉内碳化，碳化温度为800℃，并以1℃/min升温，并保温3h，即最终获得所得到的样品。样品SEM测试结果显示，所制得碳材料微结构呈空心球形，分散好，颗粒大小2-20微米。