一種高分散空心碳球的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高分散空心碳球的制備方法，其屬于材料技術領域。
技術背景
[0002]碳微球具有結構形貌規整，分散性好，導熱系數高，耐熱性能好，物理及化學性能穩定等優點。其廣泛應用于吸附、催化、電化學等領域，制備高強復合材料，催化劑載體，潤滑劑，氣體儲存中間體以及鋰離子電池電極材料，尤其用作制備中空結構材料的綠色模板劑。碳微球的制備方法有溶劑熱法、化學氣相沉積法和模板法。其存在合成周期長，粒徑分布不均勻，分散性不好，催化劑難以完全處理等缺點。目前以淀粉為原料制備的碳微球具有產率高、成本低、工藝簡單、單分散、粒徑可調、可控等優點。淀粉本身是一種典型的天然高分子化合物，是一種可再生的能源。用淀粉制造具有特殊功能的新材料，一直以來是學術界和工業界感興趣的課題。這一方面是由于淀粉資源豐富、價格低廉；另一方面是淀粉的可降解性，全世界都重視環境治理的今天顯得尤為重要。
[0003]其中Hu Zhongai (Electrochimica Acta，2015，10 (167):303)等對土豆淀粉進行無催化劑的水熱反應，得到粒徑為250nm的碳微球；天津大學趙碩等以淀粉為原料，通過預氧化、氯化鋅、氯化銨輔助合成了碳微球或碗狀半球，但以淀粉為碳源無模板制備高分散的中空碳球還未見報道。
【發明內容】
[0004]本發明的特點在于提供一種簡單、易行的制備高分散的空心碳球的方法。其生產成本較低并且對環境安全無害，是理想的制備碳材料的方法。并且球粒徑分布均勻，分散性較好。
[0005]本發明所述高分散空心碳球的制備方法，是以淀粉為原料，碳酸鈉和碳酸氫鈉為緩沖溶液，用檸檬酸預處理淀粉，然后過濾，乙醇洗滌，干燥后碳化，再經酸洗，水洗，干燥后獲得高分散的中空碳球材料。所制備的材料可用于有機物吸附和超級電容器。
[0006]本發明采用的技術方案:一種高分散空心碳球的制備方法的方法包括下列步驟:
[0007]1.把淀粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，檸檬酸放置于三口燒瓶中，經水浴攪拌，過濾，乙醇沖洗，干燥，碳化，酸洗和水洗等步驟即可得到高分散的空心碳球；
[0008]2.所述的高分散空心碳球的制備方法，淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、馬鈴薯豆淀粉以及可溶性淀粉；
[0009]3.所述的高分散空心碳球的制備方法，緩沖溶液也可以是碳酸鉀和碳酸氫鉀；
[0010]4.所述的高分散空心碳球的制備方法，淀粉與檸檬酸的比例為20: 1至1: 1;[0011 ] 5.所述的高分散空心碳球的制備方法，水浴的溫度為40-70 °C，攪拌時間為8-30h ；
[0012]6.所述的高分散空心碳球的制備方法，抽濾的過程之中，加入一定量的乙醇，能較好的分散成很好的碳前軀體粉末；
[0013]7.所述的高分散空心碳球的制備方法，干燥過程為兩個階段:80°C干燥24h，110°C 干燥 24h ；
[0014]8.所述的高分散空心碳球的制備方法，碳化升溫速率為1_5°C /min，碳化溫度為500-900°C，保溫時間為 l_12h。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1可溶性淀粉制備的空心碳球的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0016]圖2為實施例2紅薯淀粉制備的空心碳球的SEM照片。
[0017]圖3為實施例3 土豆淀粉制備的空心碳球的SEM照片。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
[0019]稱量可溶性淀粉3g，檸檬酸0.6g，混合溶于100ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調節pH = 9，磁力攪拌混合均勻，再機械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風干燥箱內55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內80°C干燥12h，之后在管式爐內碳化，碳化溫度為800°C，并以1°C /min升溫，并保溫3h，即得到的樣品。樣品SEM測試結果顯示，所制得碳材料微結構呈空心橢球形，分散好，顆粒大小10-50微米。
[0020]實施例2
[0021]稱量紅薯淀粉3g，檸檬酸0.6g，混合溶于100ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調節pH = 9，磁力攪拌混合均勻，再機械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風干燥箱內55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內80°C干燥12h，之后在管式爐內碳化，碳化溫度為800°C，并以1°C /min升溫，并保溫3h，即最終獲得所得到的樣品。樣品SEM測試結果顯示，所制得碳材料微結構呈空心球形，分散好，顆粒大小5-15微米。
[0022]實施例3
[0023]稱量土豆淀粉3g，檸檬酸0.6g，混合溶于100ml的碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，調節pH = 9，磁力攪拌混合均勻，再機械攪拌15h，抽濾，用蒸餾水和乙醇多次沖洗，先恒溫鼓風干燥箱內55°C干燥5h，然后在真空干燥箱內80°C干燥12h，之后在管式爐內碳化，碳化溫度為800°C，并以1°C /min升溫，并保溫3h，即最終獲得所得到的樣品。樣品SEM測試結果顯示，所制得碳材料微結構呈空心球形，分散好，顆粒大小2-20微米。
【主權項】
1. 本發明采用的技術方案:一種高分散空心碳球的制備方法包括下列步驟:把淀粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉的緩沖溶液，檸檬酸放置于三口燒瓶中，經水浴攪拌，乙醇過濾，干燥，碳化，酸洗和水洗即可得到高分散的空心碳球。2.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:所述的淀粉包括玉米淀粉、土豆淀粉、馬鈴薯豆淀粉以及可溶性淀粉。3.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:所述的緩沖溶液的濃度為0.l-5mol/L4.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:淀粉與檸檬酸的比例為20: 1至1: 1。5.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:水浴的溫度為.40-70 °C，攪拌時間為8-30h。6.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:抽濾的過程之中，加入乙醇洗滌2次。7.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:所述的干燥過程為兩個階段:80°C干燥24h，110°C干燥24h。8.根據權利要求1所述的高分散空心碳球的制備方法，其特征在于:所述的碳化過程其升溫速率為1_5°C /min，碳化溫度為500-900°C，保溫時間為l_12h。
【專利摘要】本發明所述高分散空心碳球的制備方法，是以淀粉為原料，碳酸鈉和碳酸氫鈉為緩沖溶液，用檸檬酸預處理淀粉，然后過濾，乙醇洗滌，干燥后碳化，再經酸洗，水洗，干燥后獲得高分散的中空碳球材料。所制備的材料可用于有機物吸附和超級電容器。
【IPC分類】C01B31/02
【公開號】CN105271167
【申請號】CN201510675602
【發明人】余建國, 張艷勤, 賈苗苗, 石文娟, 張青, 鄒義松, 覃發梅
【申請人】天津工業大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月19日