[发明专利]一种小粒径沥青基炭微球及其制备方法

说明书

本发明提出了一种小粒径沥青基炭微球及其制备方法，属于球形炭材料制备的技术领域，用以解决当前各向同性炭微球制备工艺流程复杂，成本较高的技术问题。制备方法包括以下步骤：将煤沥青和石油沥青进行混合均匀，得到混合物；将混合物在惰性气体保护下搅拌共混反应，反应结束后获得共混沥青，随后将共混沥青由洗涤剂萃取分离，获得小粒径沥青基炭微球前驱体。小粒径沥青基炭微球前驱体进行预氧化和炭化，获得小粒径沥青基炭微球。本发明在制备炭微球前驱体的过程中，仅有反应原料的参与，不需要额外使用溶剂或添加剂，且制备时间短，工艺简单。此外，本发明所制备沥青基炭微球粒径仅0.5‑3.0µm，粒径较小，均匀度好。

技术领域

本发明属于球形炭材料制备的技术领域，尤其涉及一种小粒径沥青基炭微球及其制备方法。

背景技术

近年来随着各种碳材料的开发，其应用领域也得到了不断的扩展，特别是各向同性沥青基炭微球可应用于锂离子电池负极材料、高性能液相色谱柱、高比表面积活性炭以及催化剂载体领域，因此小粒径沥青基炭微球开发具有重要意义。

目前，各向同性沥青炭微球的主要制备方法如下，专利CN113562721A将原料沥青溶于溶剂中，得到沥青溶液放入水热釜中，在温度100-250℃下保温，洗涤后高温炭化处理得到沥青基炭微球。专利CN112875700A提出一种利用沥青的四氢呋喃可溶物喷雾干燥制备沥青基炭微球用于超级电容器电极的方法。将沥青的四氢呋喃可溶部分用四氢呋喃溶解配成不同浓度，利用喷雾干燥方法将其成球。专利CN110451475A将沥青粉末和表面活性剂混合后加入高温硅油中，在空气氛围中加热保温，使其融化成球和表面氧化同时发生，得到形貌规整、已实现不熔化的沥青微球，然后分离、洗涤、干燥，最后经炭化处理得到最终产物，应用于钠离子电池电极材料。专利CN111732098A提出将粉碎的沥青颗粒过筛，丙三醇或甘油与表面活性剂作为乳化剂，在110℃温度下搅拌制备小粒径沥青微球，球径为20-40微米，并经预氧化、炭化和石墨化最终制备成石墨化沥青微球，用于锂电池负极材料。专利CN105923620A将中温沥青和炭黑按质量比为100：0.5-5的比例置于反应釜热缩聚，反应温度350-380℃，采用向反应釜内鼓入空气的空气氧化法，获得各向同性炭微球。上述方法在制备沥青微球的过程中均需用到溶剂、分散剂或成核物质，需要在后期进行脱除或提取，制备工艺流程复杂，成本较高。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种小粒径沥青基炭微球及其制备方法，该制备方法仅有反应原料的参与，不需要额外使用溶剂或添加剂，且制备时间短，工艺简单。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种小粒径沥青基炭微球的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取煤沥青和石油沥青按质量比例（90-10）：（10-90）进行混合，得到混合物；

（2）将混合物在反应釜中惰性气体保护下搅拌共混反应0.5-2h，获得产物共混沥青，共混沥青由洗涤剂萃取分离，获得小粒径沥青基炭微球前驱体；

（3）小粒径沥青基炭微球前驱体在一定温度进行预氧化，然后在惰性气体保护下进行炭化，获得平均粒径为0.5-3µm的小粒径沥青基炭微球。

所述煤沥青为煤焦油重组分、煤液化渣油、中低温煤焦油沥青、高温煤焦油馏分油其中任意一种或两种以上；所述石油沥青为原油沥青、重质油、二次石油重质油、催化裂化油浆、糠醛抽出油、重质多环芳烃其中任意一种或两种以上；煤沥青与石油沥青中喹啉不溶物的含量均小于0.05wt%。

所述步骤（2）中煤沥青与石油沥青混合物共混反应的温度为300-380℃，升温速率5-10℃/min，反应压力0-2 MPa，反应时间0.5-2h，搅拌速率50-200rpm，惰性气体为氮气和/或氩气。

所述步骤（2）中洗涤剂为洗油、100#溶剂油、200#溶剂油、甲苯、苯、氯仿其中任意一种或两种以上，洗涤剂与共混沥青质量比（1-6）：1，萃取中溶解温度为60-180℃。