[发明专利]一种纳米碳晶的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于碳材料制备领域，具体涉及一种纳米碳晶的制备工艺。

背景技术

碳是世界上含量最广的一种元素，碳材料是目前世界上应用最为广泛的一种材料，随着时代的变迁和科学的进步，人们不断地利用碳和发现碳，又发明了许多碳材料，例如：富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，纳米碳晶便是碳材料家族中新的一员。新材料的出现意味着材料制备工艺的改进。富勒烯的工业制备方法主要是燃烧法，主要用苯、甲苯在氧气作用下通过不完全燃烧得到C₆₀与C₇₀的混合物，同时还有大量有毒气体排出而污染环境，后续还需要用其它有机物进行提纯，制备工艺过程复杂。碳纳米管的工业制备方法是电弧法，将石墨电极置与于充满氮气或氩气的反应容器中，在两极之间发出电弧，在这种条件下制备出的是C₆₀、无定型C、多层的碳纳米管，后续的提纯处理也无法将C₆₀提纯干净得到纯度高的碳纳米管，而且这种制备方法能耗高。石墨烯的制备方法主要是氧化还原法，通过氧化剂将石墨氧化，增大石墨的层间距，再通过物理方法将其分离，最后通过化学法进行还原得到石墨烯，这种方法得到的石墨烯产量高，但是产品质量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单、对环境污染小的纳米碳晶的制备工艺。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种纳米碳晶的制备工艺，包括以下步骤：

酸洗提纯：将金刚石原料粉碎成10000目以上的细粉，依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；

分选：将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行4-7天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米碳晶。

进一步地，酸洗步骤前进行机械破碎和气流破碎，先将金刚石原料机械破碎并筛分出500目以上的细料，再将该细料输送至气流破碎机内粉碎并筛分出10000目以上的细粉。

进一步地，在机械破碎步骤，金刚石原料经机械粉碎机的筛网筛出32目以上的颗粒，破碎时间为1-5h；该颗粒经多级振筛机筛分出500目以上的细料，振筛时间为30min-2h。

进一步地，在机械破碎步骤，筛分出的500目以上的细料重复过筛一次以上，以保证分选粒度的准确性。

进一步地，在气流破碎步骤，筛余物返回气流破碎机进行重复破碎。

进一步地，分选步骤中，离心时间为30min-2h，转速为8000rpm-20000rpm。

进一步地，所述浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为10%浓硝酸按照质量比为7:1.2混合而成。

采用上述方法制备的纳米碳晶，平均粒径为0-10nm，晶格间距为0.21nm，C含量为99～100%，该碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与金刚石相的C原子构成非对称分布的C原子的二聚体结构。

与现有技术相比，本发明提供的纳米碳晶的制备工艺具有以下优点：

（1）成本低，设备简单，操作简单，操作员工的安全性高；分离提纯工艺简单，对环境污染小；

（2）制备出的纳米碳晶的C含量在99～100%之间，纯度很高，粒度范围分布窄，基本在0-10nm之间，产品结晶性较强表面活性强，吸附能力强，形貌规整可控，损失率低，损失率可控制在1%以内；

（3）制备出的纳米碳晶能够吸收太阳能的全谱，且表面碳原子活性高，与TiO₂等催化剂结合后可在光照下吸收可见光，发出325-425nm的短波长光，从而激发TiO₂等催化剂形成电子空穴对，电子空穴对转化成活性基团，从而降解有机染料分子，同时由于纳米碳晶在TiO₂等催化剂的表面，故而可以起到传递电子的作用，促使电荷的分离，电子沿纳米碳晶表面传输，可以延长TiO₂等催化剂的空穴寿命，提高催化活性；

（4）制备出的纳米碳晶表面具有非对称分布的C原子的二聚体结构，具有很高的表面活性，很容易被表面功能化处理，可用于各种化妆品，同时由于具有耐磨性强的特点，还可以用于各种清洗剂、机油添加剂、涂层添加剂等，增加耐磨性；

（5）可用于隐形飞机表面涂层领域（该涂层材料需要有良好的光学隐蔽性能的同时又具有耐高温耐摩擦等功能），或用于制备特殊的光学器件，例如光学谐振器、极限显示器等，而根据Raman测试结果，本发明提供的方法制备出的纳米碳晶无任何光致发光现象，在光学领域有着独特的应用；