CN105683268B - 多环芳烃氧化物的制备方法及由此制备的多环芳烃氧化物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的是一种制备多环芳烃氧化物的方法以及由此制备的多环芳烃氧化物，其中，所述方法包括：(a)在反应器中放置多种多环芳烃和水然后搅拌它们；(b)将反应器内部的温度增加到150至300℃然后向反应器中供给含有10wt％以上的氧的气体来使反应器内部的氧的分压增加到2至30巴；以及(c)使所述多种多环芳烃与氧反应来使多种多环芳烃氧化。

Description

多环芳烃氧化物的制备方法及由此制备的多环芳烃氧化物
技术领域
本发明涉及一种制备多环芳烃氧化物(polyaromatic oxide)的方法及由此制备的多环芳烃氧化物，并且，更具体地，涉及一种制备多环芳烃氧化物的方法和由此制备的多环芳烃氧化物，其中，在含有至少预定量氧的气氛中在高温和高压下由使用水热反应的氧化处理产生的多环芳烃氧化物可以作为用于石墨烯的分散剂使用。
背景技术
多环芳烃(polyaromatic hydrocarbon)是一种包括多种芳香物质(如苯环等)的化合物，并且在生产用作结构材料增强剂的碳纤维的过程中作为前体使用。
按照惯例，所述多环芳烃可以通过使用浓硝酸(HNO3)、浓硫酸(H2SO4)或它们的混合物氧化由化石燃料或化石燃料产品获得的沥青来氧化。
但是，通过上述常规方法的多环芳烃氧化物的制备是有问题的，因为使用强酸(如硝酸或硫酸)是危险的，而且还因为在反应和纯化的过程中产生氧化氮(如NOx)，并且因此需要相关的装置抗腐蚀，而不希望地增加生产成本，并且此外，可能产生大量工业废水，进一步增加工艺成本。
例如，日本专利申请公布第2008-248412号公开了用于碳纤维的分散剂，但是对于生产多环芳烃氧化物的常规方法没有描述任何改进。
需要一种容易地制备多环芳烃氧化物而无需使用氧化剂(即，强酸)的方法。
发明内容
技术问题
考虑到在相关技术中遇到的上述问题已经做出本发明，并且本发明的目的是提供一种在没有使用氧化剂(即，强酸)的情况下在含有至少预定量氧的气氛中在高温和高压下通过氧化来制备多环芳烃氧化物的方法。
技术方案
为实现以上目的，本发明提供了一种制备多环芳烃氧化物的方法，其包括：(a)在反应器中放置多种多环芳烃和水然后搅拌它们；(b)将反应器内部的温度增加到150至300℃然后向反应器中供给含有10wt％以上的氧的气体来使反应器内部的氧的分压增加到2至30巴；以及(c)使所述多种多环芳烃与氧反应来使多种多环芳烃氧化。
此外，本发明提供通过上述方法制备的多环芳烃氧化物。
有益效果
根据本发明，所述制备多环芳烃氧化物的方法在没有使用氧化剂(即，强酸)的情况下使在空气气氛中在高温和高压下通过氧化来容易地生产多环芳烃氧化物成为可能。
具体实施方式
以下，根据本发明，将给出制备多环芳烃氧化物的方法及由此制备的多环芳烃氧化物的详细描述。
本发明提出一种制备多环芳烃氧化物的方法，其包括：(a)在反应器中放置多种多环芳烃和水然后搅拌它们；(b)将反应器内部的温度增加到150至300℃，然后向反应器中供给含有10wt％以上的氧的气体来使反应器内部的氧的分压增加到2至30巴；以及(c)使所述多种多环芳烃与氧反应来使多种多环芳烃氧化。
在根据本发明所述的制备多环芳烃氧化物的方法的(a)中，在反应器中放置多种多环芳烃和水然后搅拌。
在(a)中，与水一同加入到反应器中的多环芳烃没有特别限制，并且优选使用的是分子量为200至1500的多环芳烃。而且，所述多环芳烃没有特别限制，并且优选包含5至50个苯环。所述多环芳烃可包括从满足上述条件的化石燃料和化石燃料产品中获得的沥青。尤其使用的是包含多环芳烃的含碳混合物。
所述反应器没有特别限制，并且优选为水热反应器。
在根据本发明所述的制备多环芳烃氧化物的方法的(b)中，将所述反应器内部的温度增加到150至300℃，然后向反应器中供给含有10wt％以上的氧的气体，以便使反应器内部的氧的分压增加到2至30巴。
在(b)中，所述反应器内部的温度升高到150至300℃并保持高温，然后同时，加入含有氧(O2)的气体，因此，当向反应器中供给氧(O2)时，反应器内部的氧的分压保持在2至30巴的高压下。如果所述反应器内部的温度低于150℃，氧化可能没有有效进行，并且多环芳烃氧化物的氧含量可能不够。与之相反，如果所述反应器内部的温度高于300℃，由增加的温度产生额外的影响可能变得不明显。而且，供给到反应器的气体可含有氧的量为10wt％以上，优选20至100wt％，并且更优选20至60wt％。如果所述氧含量少于10wt％，氧化可能没有有效进行，并且，氧化能力由于额外的气体可能恶化。而且，如果所述反应器内部的压力低于2巴，氧化可能没有有效进行，并且，多环芳烃氧化物的氧含量可能不够。另一方面，如果所述反应器内部的压力超过30巴，由增加的压力产生额外的影响可能变得不明显。
在根据本发明所述的制备多环芳烃氧化物的方法的(c)中，多种多环芳烃可以与氧反应，而因此氧化。
在制备多环芳烃氧化物的常规方法中，使用强酸(如硝酸或硫酸)或者另外的氧化剂来使多环芳烃氧化。但是，在根据本发明的(c)中，所述多环芳烃可以在高温和高压下通过与氧反应来氧化。(c)的反应优选进行3至15小时。如果反应时间比3小时短，氧化可能不充分，并且氧化物的氧含量可能减小。与之相反，如果反应时间比15小时长，不存在由增加的反应时间产生的明显效果。
根据本发明所述的制备多环芳烃氧化物的方法可进一步包含(d)冷却。
在(d)中，冷却可以快速进行，并且优选在10至30分钟内将反应器冷却到30至80℃。
根据本发明所述的制备多环芳烃氧化物的方法可进一步包含(e)纯化。
在(e)中，纯化可以通过纯化(d)中冷却的产物而进行，从而获得包含多种多环芳烃氧化物的混合物。
纯化方法没有特别限制，而氧化物产物可以通过离心分离纯化。
本发明提出由所述方法制备的多环芳烃氧化物。
基于氧化物的总量，由此获得的多环芳烃氧化物可含有氧的量为5至20wt％，并且优选10至17wt％。
由此获得的多环芳烃氧化物没有特别限制，并且可以作为用于烃或其衍生物的分散剂使用。所述烃可包括选自碳纳米管、石墨烯和石墨中的任意一种或多种。
实施例
通过以下实施例可以更好的理解本发明，提出所述实施例仅用来说明本发明，并且本领域中的技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和实质的情况下，各种改变和更改是可能的。
实施例
多环芳烃氧化物的制备
[实施例1]
将0.9g的沥青(由Posco制造)和150g的蒸馏水放置在由哈司特镍合金(Hastelloy)制造并装备电磁搅拌器的水热反应器(U-20040624,UTO系统)中，然后搅拌。将反应器内的温度升高至200℃，之后向反应器中供给氧含量为20wt％的压缩空气直到反应器内部的氧的分压为4巴后。水热反应进行13小时，然后通过反应器中设置的管注入冷却水，以便在30分钟内将反应产物快速冷却至50℃。随后，使用过滤器回收分散剂，接着在100℃的真空烘箱中干燥15小时，得到多环芳烃氧化物。
实施例2
除沥青的用量为2g以及水热反应进行4小时之外，以与实施例1相同的方式制备多环芳烃氧化物。
对比实施例1
除沥青的用量为2g，与200g的蒸馏水一同使用，以及在反应器内部温度设置为130℃的条件下进行水热反应2小时之外，以与实施例1相同的方式制备多环芳烃氧化物。
对比实施例2
使用在以上实施例中使用的沥青而无需改变。
实验实施例
将实施例1和2以及对比实施例1的多环芳烃氧化物样品和对比实施例2的沥青样品各1mg放置在箔片上并从900℃加热至1500℃。气体通过加热从各样品中产生，收集所述气体，然后为了元素分析使用元素分析器(Flash 2000，塞默飞世尔科技(Thermo FisherScientific))测量，由此测定气体中的碳、氧、氢和氮的量。结果在下表1中显示。
[表1]
C(wt％) H(wt％) N(wt％) O(wt％)
实施例1 75.8 3.2 - 16.3
实施例2 85.1 3.7 - 11.3
对比实施例1 91 4.6 - 4.3
对比实施例2 95.5 4.5 - -
如从表1中显而易见的，根据本发明的实施例1和2的多环芳烃氧化物的氧含量分别为16.3wt％和11.3wt％，观察到所述氧含量大大高于对比实施例1的氧含量为4.3wt％的那些多环芳烃氧化物以及对比实施例2的未检测到氧的那些多环芳烃氧化物。

Claims (7)

1.一种制备多环芳烃氧化物的方法，其包括：
(a)在反应器中放置多种多环芳烃和水然后搅拌它们；
(b)将反应器内部的温度增加到150至300℃然后向反应器中供给含有10wt％以上的氧的气体来使反应器内部的氧的分压增加到2至30巴；以及
(c)使所述多种多环芳烃与氧反应来使多种多环芳烃氧化。
2.如权利要求1所述的方法，其中在(b)中，所述气体含有氧的量为20至100wt％。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多环芳烃的分子量的范围为200至1500。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述多环芳烃包含5至50个苯环。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述多环芳烃包含从化石燃料或化石燃料产品中获得的沥青。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在(c)之后，(d)冷却所述反应器，从而获得冷却的产物。
7.如权利要求6所述的方法，其进一步包括(e)纯化所述冷却的产物，从而获得包含多种多环芳烃氧化物的混合物。
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