[发明专利]一种介孔多级结构碳微球及其制备方法

权利要求书

1.一种介孔多级结构碳微球，其特征在于，所述介孔多级结构碳微球含有孔径为8～10nm的介孔结构和孔径为0.5～1.0nm的微孔结构；介孔孔容/微孔孔容比值为3.4～5.9；所述介孔多级结构碳微球的比表面积为1000～1450m²/g；

以纳米碳黑颗粒为基本单元，通过对其表面进行预氧化处理，预氧化产物的含氧量为0.41～3.0％，采用聚合诱导胶体凝聚法来构筑孔隙结构，得到介孔多级结构碳微球。

2.根据权利要求1所述的一种介孔多级结构碳微球，其特征在于，采用N-羟基邻苯二甲酰亚胺作为氧化催化剂与空气中的氧结合形成自由基，对纳米碳黑颗粒进行预氧化处理。

3.根据权利要求1所述的一种介孔多级结构碳微球，其特征在于，所述介孔多级结构碳微球的制备材料包括：乙炔碳黑、N-羟基邻苯二甲酰亚胺、尿素、甲醛水溶液；

所述N-羟基邻苯二甲酰亚胺用量为乙炔碳黑质量的2～9％；所述尿素用量为乙炔碳黑质量的2～10％；所述甲醛水溶液用量为乙炔碳黑质量的3～16％。

4.一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-3任一项所述的介孔多级结构碳微球，包括如下步骤：

步骤1、将乙炔碳黑和质量分数为乙炔碳黑质量2～9％的N-羟基邻苯二甲酰亚胺分散于乙腈中形成混合物，在空气中加热回流对乙炔碳黑进行预氧化处理，得到碳黑胶体；

步骤2、将碳黑胶体分散于去离子水中形成混合液，碳黑胶体的质量为混合液质量的5～15％，向混合液中依次加入尿素和甲醛水溶液，搅拌形成均匀体系后加热至脲醛缩合温度，尿素和甲醛在酸性催化剂的催化作用下发生脲醛缩合反应，形成脲醛树脂-碳黑胶体复合微球；

步骤3、经洗涤和干燥后在氮气气流中热处理，热处理完的材料在氮气气流中冷却至室温，得到介孔多级结构碳微球。

5.根据权利要求4所述的一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述分散于乙腈中的乙炔碳黑的质量为混合物质量的10～30％。

6.根据权利要求4所述的一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，预氧化处理过程采用的机械搅拌速率为30～300r/min，预氧化处理时间为1.0～3.0h。

7.根据权利要求4所述的一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，缩合反应温度为50～80℃，反应过程中搅拌速率为10～100r/min，缩合反应时间为1.0～3.0h。

8.根据权利要求7所述的一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，氮气流速为60～600ml/min；冷却时氮气气流与热处理时氮气流速相同。

9.根据权利要求8所述的一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，脲醛树脂-碳黑胶体复合微球热处理温度范围为450～650℃。

10.根据权利要求9所述的一种介孔多级结构碳微球的制备方法，其特征在于，所述脲醛树脂-碳黑胶体复合微球热处理时间范围为0.5～2.0h。