CN104671229A - 一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，该方法为：以油茶籽壳粉末为原料；将原料与去离子水搅拌混合，超声后转入不锈钢反应釜中，通入惰性气体除氧，将反应釜放入鼓风干燥箱恒温反应冷却至室温，将上层液体倾倒。将固体取出，依次用去离子水和乙醇超声清洗至洗涤液无色，随后用乙醇-水溶液微波-超声提取。将混合物进行真空抽滤，在真空干燥箱中烘干得炭微球。本发明的优点在于；原料为生物质废弃物，来源广泛、价格低廉；微球制备过程简单绿色，整个过程不需要任何有毒有害试剂；所得微球粒径均匀，有利于之后的使用；生产成本较低，易于实现规模化生产。

Description

一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法
技术领域
本发明属于炭微球材料制备技术领域，具体涉及一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法。
背景技术
碳材料因具有较好的导电、导热性能可被应用到锂离子电池、催化剂载体等领域。随着富勒烯、碳纳米管的发现更是掀起了人们对碳材料的广泛关注，特别是球形碳材料，以其优良的性能从诸多碳材料中脱颖而出。与煤基和沥青基等不可再生资源作为原材料相比，高分子基炭微球因其制备材料绿色可再生，对环境污染较小，引起大量研究和关注。
王庆等在“热解硬碳材料及其制备方法和用途” (ZL01807830.3) 中，将炭前驱体（如纤维素、淀粉等）与溶剂混合配制成均相分散体系后置于压力容器中液相脱水，经洗涤、过滤、干燥、炭化得到热解硬炭微球材料。陈明鸣等在“淀粉基炭微球的制备方法”（ZL200710150251.8）中，将淀粉类炭前驱体（如：禾谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉等）在加热炉中以氧化气氛进行氧化处理后转入炭化炉，在惰性气体保护下高温热处理，冷却后得到淀粉基炭微球。
但目前用于合成炭微球的高分子碳源多为纯糖类物质，其本身作为一种工业产品，应用其制备功能性炭微球材料存在生产成本高、原材料来源过程复杂、经济效益不显著等问题。且上述工艺或需要高温或需要有机溶剂，无法实现绿色制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法,以农林废弃物油茶籽壳作为炭前驱体通过低温水热炭化制备。该方法具有原料来源广泛、价格低廉、制备过程简单绿色、生产成本低的特点。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征包括如下过程：
（1）以粒径为2-74μm的油茶籽壳粉末为原料；将原料与去离子水以1:30~1：25（w/v, g/ml）比例混合，混合6h以上，后转入不锈钢反应釜中，通入氮气或氩气等惰性气体除氧后将反应釜放入230（±10）℃鼓风干燥箱恒温反应11~16h；
（2）将反应釜自然冷却至室温，将上层液体倾倒，取出固体，依次用去离子水和无水乙醇超声清洗至洗涤液无色，随后用30%的乙醇-水溶液在55~65℃下微波-超声提取至少3次，每次至少30min，将混合物进行真空抽滤得到固体，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球，相对真空度低于-0.015MPa。
本发明具有有如下优点：制备原料来源于一种我国南方特有的且种植大量的油料作物—油茶加工过程的副产物，即油茶籽壳，它是一种来源广泛、价格低廉的绿色可再生资源。本发明的生产工艺简单，所得到炭微球在水和乙醇中均具有良好分散性；整个过程无需任何有毒有害试剂，完全实现绿色制备。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的炭微球的扫描电镜（SEM）图片。
图2是本发明实施例2所制备的炭微球的SEM图片。
图3是本发明实施例3所制备的炭微球的SEM图片。
具体实施方式
实施例1
将1.0g 油茶籽壳粉末加入到30ml去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌混合6h，后转入50ml不锈钢反应釜中，通入氮气除氧后将反应釜放入230℃鼓风干燥箱恒温反应12h。将反应釜自然冷却至室温，将上层液体倾倒，取出固体，依次用去离子水和无水乙醇超声清洗至洗涤液无色，随后用30%的乙醇-水溶液在60℃下微波-超声条件下提取3次，每次30min。将混合物进行真空抽滤得到固体，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒径约为700nm，产率为32.5%，用BET方法测定炭微球的比表面积为57.3 m2/g,真密度为0.197g/cm3。
实施例2
将2.0g 油茶籽壳粉末加入到60ml去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌混合6h，后转入100ml不锈钢反应釜中，通入氮气除氧后将反应釜放入230℃鼓风干燥箱恒温反应12h。将反应釜自然冷却至室温，将上层液体倾倒，取出固体。依次用去离子水和无水乙醇超声清洗至洗涤液无色，随后用30%的乙醇-水溶液在60℃下微波-超声提取3次，每次30min。将混合物进行真空抽滤得到固体，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒径约为700 nm, 产率为34.5%，用BET方法测定炭微球的比表面积为55.3m2/g,真密度为0.20 g/cm3。
实施例3
将1.0g 油茶籽壳粉末加入到30ml去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌混合6h，后转入50ml不锈钢反应釜中，通入氮气除氧后将反应釜放入230℃鼓风干燥箱恒温反应16h。将反应釜自然冷却至室温，将上层液体倾倒。取出固体，依次用去离子水和无水乙醇超声清洗至洗涤液无色，然后用30%的乙醇-水溶液在60℃下微波-超声提取3次，每次30min。将混合物进行真空抽滤得到固体，然后在60℃真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒径约为500nm，产率为34.3%，用BET方法测定炭微球的比表面积为56.1m2/g，真密度为0.203 g/cm3。

Claims (8)

1.一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于方法步骤如下：
（1）首先称取一定量的油茶籽壳粉末，与水以一定比例超声混合均匀，加入到反应釜中，通惰性气体除氧，将反应釜放入220-240℃鼓风干燥箱恒温反应一定时间，自然冷却至室温；
（2）将固体产物用溶剂反复清洗至洗涤液无色，然后进行索氏洗提；最后再使用超声-微波协同萃取洗提，随后将混合物进行真空抽滤，将所得固体在真空干燥箱中烘干得到炭微球。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，所采用的油茶籽壳粉末粒径为2~74μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，所采用的油茶籽壳与水的固液比例为1:30~1：25（w/v, g/ml），所用水为去离子水。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，所通入的除氧惰性气体为氮气或氩气。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，恒温反应时间为11~16 h。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，清洗从反应釜中取出的固体产物的溶剂为去离子水和无水乙醇。
7.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，超声-微波协同洗提溶剂为30%的乙醇-水溶液，超声-微波协同洗提温度为55~65℃，超声-微波协同洗提时间为25~30min，至少3次。
8.根据权利要求1所述的一种基于生物质基的水热碳化制备炭微球的方法，其特征在于，真空干燥温度为55~65℃，相对真空度低于-0.015MPa。
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