[发明专利]一种利用低温等离子体碳化单糖制备碳球的方法

说明书

本发明涉及一种利用低温等离子体碳化单糖制备碳球的方法，包括以下步骤：⑴将单糖溶液置于低温等离子体装置的两个电极之间；⑵在装置中通入放电气体，然后抽真空；⑶在装置的电极上施加电压，装置内产生低温等离子体，该低温扥离子体处理单糖溶液后得到固体产物；⑷将步骤⑶的固体产物处理后得到碳球成品。本发明中，此制备过程能耗较低，耗时较短，操作方便，绿色无污染，且收率可以达到100％，且产品经过测试呈现出卓越的光催化性能，这是一种成本低、易于推广、适合实际生产的新型制备方法。

技术领域

本发明属于碳球制造工艺改进技术领域，尤其是涉及一种利用低温等离子体碳化单糖制备碳球的方法。

背景技术

近年来，生物质原料的选择和碳化方法的研究有了一定的进展，单糖在自然界中分布广且价格低廉，是用于制备碳材料应用较广的生物质原料。碳球是一种新型碳材料，相比其他碳材料具有较好的热稳定性和化学稳定性、机械强度高、比表面积和孔体积较大和孔径均匀可调等特点。

碳球的常用制备方法主要包括水热法，电弧放电法，高温热解法等，但是这些方法都存在一定的缺陷，例如，水热法反应时间长，反应温度较高(160度以上)且收率较低(70％左右)；电弧放电法的电弧灼烧温度和放电电流高，对设备要求高，且产率低；高温热解法可以在惰性气氛下直接碳化碳源，但需要较高的温度(600度以上)，操作困难，对设备要求高、能耗高。

目前，等离子体制备碳材料的方法仍存在一定的缺点。例如，CN104609390A，采用电弧放电热等离子体制备碳纳米角，温度达到2000～2500℃，压力0.04～3MPa，对设备的要求高、能耗高。CN105696113A，利用非平衡等离子体制造碳纤维，经预氧化、碳化、石墨化和表面改性处理制备碳纤维，碳化区反应温度达1000～1400℃，石墨化区反应温度达2000～3000℃，反应时间长、反应温度高且能耗高。CN1598045A，采用低温等离子体化学气相沉积方法制备碳纳米管，以甲烷和氢气混合气为原料，采用化学气相沉积的方法，在有金属镀层的硅片或石英片上生长碳纳米管，需先采用氩气预处理得到有镀层的基片，操作时间长、效率较低且反应气易燃易爆，对设备要求高。

另外，已有报道的碳球制备方法，也存在反应温度较高、反应时间较长、效率低等问题。例如，CN108975310A，以葡萄糖为碳源，通过给高压釜加压至0.6～3.1MPa，辅助水热法制备碳球，反应温度160～220℃，反应时间2～12h，碳球直径为60nm～2μm，分散性好，尺寸均一，但是需要加高压、对设备要求高且反应时间长。CN105597827A，以木糖为碳源，180～250℃水热碳化2～12h，反应产物经过滤、洗涤、干燥，得到碳化微球，反应温度高、反应时间长且效率低。CN109319760A，以葡萄糖为碳源，以十二烷基苯磺酸钠和/或十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，水热法制备微米碳球，反应温度160～220℃，反应时间2～12h，碳球直径0.2～1.1μm，产率20％左右，但是反应温度高，时间长，产率较低，且添加了表面活性剂，难以完全去除。CN109704337A，将糖、强氧化剂和FeSO₄在水中混合加热至60～80℃保温反应2～6h后再次加热至180～190℃保温反应0～4h，分离得水热碳球，然后将所得水热碳球与草酸钾混合，惰性气氛下500～900℃高温焙烧1～5h，最终得到高比表面积、分散性良好的微米碳球，但是操作流程较复杂，耗时长且强氧化剂危险性较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供解决现有技术中反应温度高、反应时间长、能耗高、产品收率低等问题且操作简单、用时短、能耗低、收率高、环境友好的一种利用低温等离子体碳化单糖制备碳球的方法。

本发明采取的技术方案是：

一种利用低温等离子体碳化单糖制备碳球的方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴将单糖溶液置于低温等离子体装置的两个电极之间；

⑵在装置中通入放电气体，然后抽真空；