[发明专利]一种中空碳微球及其制备方法

说明书

本发明提供一种中空碳微球及其制备方法，制备方法包括如下步骤：利用超临界态或近临界态的萃取溶剂对重质油萃取后，得到萃取油相；对所述萃取油相进行超临界脱溶剂处理后，得到萃取组分；其中，所述萃取溶剂选自C3‑C5的轻烃或轻烃馏分；使包含所述萃取组分和有机溶剂的反应体系在所述有机溶剂的超临界态或近临界态下进行热缩聚反应；所述热缩聚反应完成后分离所述有机溶剂，收取粗产物并加入分离溶剂进行纯化处理，得到纯化粗产物；对所述纯化粗产物实施干燥处理，得到所述中空碳微球。该制备方法以重质油为原料，无需添加任何模板或催化剂，能够一步制备表面光滑的高质中空碳微球。

技术领域

本发明涉及技一种中空碳微球及其制备方法，属于重质油高附加值加工和碳材料领域。

背景技术

中空碳微球是一种极具潜力的球形碳材料，具有低毒性、比表面积大、密度低、热力学和化学稳定等特点，无论是作为高性能催化剂载体，还是在生物、吸附、能储、光电、隔热、隔音以及电极材料等领域中都具有良好的应用前景。

作为一种碳化产物，虽然可用于中空碳微球的制备原料来源广泛，但多以纯物质为主，如葡萄糖、苯酚、苯、乙烯、甲醛或聚合物等作为碳源。制备方法主要以模板法为主，即通过某种方式将碳源均匀分布于模板表面，随后通过酸蚀或煅烧等方式除去模板，得到中空碳微球。中空碳微球的制备不仅需要经过复杂的操作，产品的品质和规格也受限于工艺控制和模板使用，即使不考虑制备工艺的复杂，根据产品规格和性质需要配备和使用不同规格的模板，也导致生产操作的复杂性，无论是从原料成本或是制备方法复杂性的角度考虑，当前关于中空碳微球的研究都停留于实验室水平，其成本高，步骤复杂，同时伴随着环境污染、高风险等问题，难以大规模应用。

我国重质油产量巨大，煤化工产业每年都会副产大量煤焦油，炼厂在对烃类原料裂解生产乙烯过程中副产大量乙烯煤焦油，而在石油化工领域，除了常减压渣油，催化裂化油浆(FCC油浆)产量每年产量可达750万吨，如何实现这些重质油合理利用，探寻拓宽提升重质油附加值的途径，一直是业界难题。

重质油组成复杂，但同时也具有明显的应用优势，其价格低廉、来源丰富，最重要的一点，重质油的芳烃含量极高，如能采用合适的方法进行利用，无疑是一种非常理想的高附加值碳材料碳源。然而，受制于反应方法，当前重质油在高附加值碳材料领域的应用鲜有报道。其主要原因在于重质油反应复杂，难于控制，虽然有不少相关的深加工应用报道，但普遍存在下游产物标准不稳定或质量差，且收率低的缺陷。虽然已经有少量厂家实现了以重质油为原料制备针状焦、中间相产品(沥青或者碳微球颗粒)，这应该是目前利用重质油经过热缩聚和焦化反应制备碳化产物的主要出路，但重质油的特性以及前期分离处理结果对于针状焦等碳化产品的质量影响很大，以目前工业化生产工艺，每批次针状焦成品都会有30％或更多不达标的低劣焦，要高产量地生产高质量的碳化产品，对于生产工艺的控制和设备投入要求高。另一方面，即使能够实现高质量碳化产品的生产，相对于产量巨大的重质油原料，其下游应用途径和范围依然较窄。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种中空碳微球及其制备方法，该制备方法以重质油为原料，无需添加任何模板或催化剂，一步制备中空碳微球，易于实现大规模应用。

本发明还提供一种中空碳微球，其来自重质油为原料的碳化产物，原料来源丰富，制备工艺简单，利于产业化，提供了重质油的高附加值应用途径。

本发明提供一种中空碳微球的制备方法，包括如下步骤；

利用超临界态或近临界态的萃取溶剂对重质油萃取后，得到萃取油相；对所述萃取油相进行超临界脱溶剂处理后，得到萃取组分；其中，所述萃取溶剂选自C3-C5的轻烃或馏分；

使包含所述萃取组分和有机溶剂的反应体系在所述有机溶剂的超临界态或近临界态下进行热缩聚反应；

所述热缩聚反应完成后分离所述有机溶剂，收取粗产物并加入分离溶剂进行纯化处理，得到纯化粗产物；

对所述纯化粗产物实施干燥处理，得到所述中空碳微球。