一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，包括以下步驟：1）將油茶籽殼粉末與酚類化合物攪拌分散在去離子水中，充分混勻后轉移至反應釜中，于鼓風干燥箱中進行水熱反應；2）反應結束后分離固體，經去離子水、無水乙醇交替超聲清洗，真空抽濾分離固體，經烘干、碾磨得到碳微球。本發明的優點是：所添加的酚類可以有效改善生物質基碳微球的品質，達到減少或去除雜質，使得反應中碳微球產率提高，且調整碳微球粒徑均一性以及優化碳微球形貌的效果。
【專利說明】
一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種碳微球的制備方法，主要涉及使用助劑優化制備碳微球的方法。屬于碳材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著對碳質材料不斷深入地研究，一系列新型碳材料逐漸被人們發現和利用，其中，碳微球以其低密度、高熱穩定性和化學穩定性、本征阻尼性能好、比表面積可控和生物相容性好等諸多優異的性能，在催化劑載體、鋰離子電池負極材料、燃料電池、輕質結構材料、金屬基阻尼材料等領域具有廣闊的應用前景，使用價廉且來源豐富的天然生物質作為碳源采用溶劑熱等相關方法制備碳微球，受到相關領域研究者的廣泛關注。
[0003]CN102765712A以葡萄糖作為碳源，使用微波水熱反應，經洗滌、干燥得到碳微球。CNl 04649246A以生物質為碳源，使用堿或質子酸催化，經水熱制備得到碳微球。CN104045074A以淀粉為前驅體，通過有機鎳鹽作為催化劑在前驅體中分散、碳化催化和金屬催化劑的清洗，實現多孔碳微球的制備。該方法制得的碳微球為多孔結構，比表面積為300?1000m2/g，空隙率為40?70%，孔徑為5?200nm<XN104671229A以生物質為碳源，與去離子水攪拌、超聲混合，除氧后經水熱制備得到碳微球。
[0004]目前，制備碳微球的碳源多以純的單糖或多糖類物質為主，生產成本相對較高，而部分使用廢棄生物質作為碳源制備碳微球的技術，常常需要加入酸、堿或有機鹽作為催化劑，且制備得到的碳微球雜質較多，產率低、粒徑不均勻，碳微球表面不光滑，形貌有缺陷。因此，發展采用廢棄的農林生物質為碳前驅體，采用直接水熱法制備形貌較好、粒徑均一且產率高的碳微球的技術非常必要。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種生物質基的、形貌較好、碳轉化率較高的綠色制備碳微球的方法。以農林廢棄物油茶籽殼為碳源，使用酚類化合物作為助劑，通過低溫水熱碳化反應得到表面光滑、形貌規整的碳微球。該方法具有原料來源廣泛、價格低廉、產品產率高且制備過程較為綠色環保等優勢。
[0006]本發明是通過下述技術方案實現的，一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，其特征包括如下過程:
1)將油茶籽殼粉末與酚類化合物攪拌分散在去離子水中，充分混勻后轉移至反應釜中，于鼓風干燥箱中進行水熱反應；
2)反應結束后分離固體，經去離子水、無水乙醇交替超聲清洗，真空抽濾分離固體，經烘干、碾磨得到碳微球。
[0007]所使用的油茶籽殼粉末碳前驅體粒徑為2?74μπι。
[0008]所使用的酚類化合物為苯酚、間苯二酚、鄰苯二酚、對苯二酚、間苯三酚、鄰甲基苯酚、對甲基苯酚、間甲基苯酚、鄰硝基苯酚、對硝基苯酚、間硝基苯酚在水中具有較高溶解度的酚類化合物。
[0009]酚類化合物與油茶籽殼粉末的質量比可為1:8?1: 3，實驗中確保酚完全溶解于水中，原料與助劑的質量之和與加入的去離子水比可為:I: 20-1:30，(w/v，g/ml)。
[00?0]料液混勾的攪拌方法可為機械攪拌、磁力攪拌或搖床震蕩，攪拌時間為6h以上。
[0011]水熱反應的溫度可為150°0250°C，水熱反應時間可為11?24h。
[0012]本發明的優點是:以價廉易得的廢棄生物質油茶籽殼為碳源，以低溫水熱反應為制備方法，通過添加酚類作為助劑，制備得到粒徑均勻、表面光滑且形貌規整的碳微球，彌補了目前制備得碳微球粒徑不均、雜質多、碳轉化率低以及碳微球形貌存在缺陷等不足。整個制備過程成本低，生產周期短，綠色環保。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1所制備的碳微球的掃描電鏡照片圖。
[0014]圖2為實施例2所制備的碳微球的掃描電鏡照片圖。
[0015]圖3為實施例3所制備的碳微球的掃描電鏡照片圖。
[0016]圖4為實施例4所制備的碳微球的掃描電鏡照片圖。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
取0.8g粒徑為74μηι的油茶籽殼粉末和0.2g間苯二酸置于10mL燒杯中，加入30mL去離子水后，磁力攪拌6h。將所得的懸濁液轉移至50mL規格的聚四氟乙烯內襯反應釜中，于230°C鼓風干燥箱中反應12h。自然冷卻至室溫后，真空抽濾分離固體，使用去離子水和無水乙醇交替超聲清洗數次至洗滌液澄清，于60°C鼓風干燥箱中烘干，得到使用間苯二酚為助劑制備得到的碳微球。
[0018]該實施例制備得到碳微球的掃描電鏡如圖1所示，碳微球粒徑在2μπι左右，球體表面光滑，形貌規整。反應中碳微球的產率為33.5% [ (w碰銶X 100%]。
[0019]實施例2
取0.8g粒徑為74μηι的油茶籽殼粉末和0.2g間苯三酸置于10mL燒杯中，加入30mL去離子水后，磁力攪拌6h。將所得的懸濁液轉移至50ml規格的聚四氟乙烯內襯反應釜中，于230°C鼓風干燥箱中反應12h。自然冷卻至室溫后，真空抽濾分離固體，使用去離子水和無水乙醇交替超聲清洗數次至洗滌液澄清，于60°C鼓風干燥箱中烘干，得到使用間苯三酚為助劑制備得到的碳微球。
[0020]該實施例制備得到碳微球的掃描電鏡如圖2所示，碳微球粒徑在I?2μπι左右，球體表面光滑，形貌規整。反應中碳微球的產率為44.5%。
[0021]實施例3
取0.8g粒徑為74μηι的油茶籽殼粉末和0.2g間苯三酸置于10mL燒杯中，加入30mL去離子水后，磁力攪拌6h。將所得的懸濁液轉移至50ml規格的聚四氟乙烯內襯反應釜中，于230°C鼓風干燥箱中反應24h。自然冷卻至室溫后，真空抽濾分離固體，使用去離子水和無水乙醇交替超聲清洗數次至洗滌液澄清，于60°C鼓風干燥箱中烘干，得到使用間苯三酚為助劑制備得到的碳微球。
[0022]該實施例制備得到碳微球的掃描電鏡如圖3所示，碳微球粒徑在I?2μπι，球體表面光滑，粒徑較為均勻，形貌規整。反應中碳微球的產率為47.5%。
[0023]實施例4
取0.8g粒徑為74μηι的油茶籽殼粉末和0.2g間苯三酸置于10mL燒杯中，加入30mL去離子水后，磁力攪拌6h。將所得的懸濁液轉移至50mL規格的聚四氟乙烯內襯反應釜中，于150°C鼓風干燥箱中反應12h。自然冷卻至室溫后，真空抽濾分離固體，使用去離子水和無水乙醇交替超聲清洗數次至洗滌液澄清，于60°C鼓風干燥箱中烘干，得到使用間苯三酚為助劑制備得到的碳微球。
[0025]該實施例制備得到碳微球的掃描電鏡如圖4示，碳微球粒徑約Ιμπι，球體表面光滑，粒徑均勻，形貌規整。反應中碳微球的產率為53.0%。
【主權項】
1.一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，包括以下步驟: 1)將油茶籽殼粉末與酚類化合物攪拌分散在去離子水中，充分混勻后轉移至反應釜中，于鼓風干燥箱中進行水熱反應； 2)反應結束后分離固體，經去離子水、無水乙醇交替超聲清洗，真空抽濾分離固體，經烘干、碾磨得到碳微球。2.權利要求1中所述的一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，其特征在于:所使用的油茶籽殼粉末碳前驅體粒徑為2?74μπι。3.權利要求1中所述的一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，其特征在于，所使用的酚類化合物為苯酚、間苯二酚、鄰苯二酚、對苯二酚、間苯三酚、鄰甲基苯酚、對甲基苯酚、間甲基苯酚、鄰硝基苯酚、對硝基苯酚、間硝基苯酚在水中具有較高溶解度的酚類化合物。4.權利要求1中所述的一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，其特征在于:酚類化合物與油茶籽殼粉末的質量比可為1:8?1:3，實驗中確保酚完全溶解于水中，原料與助劑的質量之和與加入的去離子水比可為:I: 20-1:30，單位為g/mL。5.權利要求1中所述的一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，其特征在于:料液混勾的攪拌方法可為機械攪拌、磁力攪拌或搖床震蕩，攪拌時間為6h以上。6.權利要求1中所述的一種基于酚類助劑制備生物質基碳微球的方法，其特征在于:水熱反應的溫度可為150 °C?250 °C，水熱反應時間可為11?24h。
【文檔編號】C01B31/02GK105883751SQ201610245792
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】郭會琴, 馬文天, 李可心, 顏流水, 董王明, 羅卿, 張強, 周連星
【申請人】南昌航空大學