CN105883751B - 一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，包括以下步骤：1）将油茶籽壳粉末与酚类化合物搅拌分散在去离子水中，充分混匀后转移至反应釜中，于鼓风干燥箱中进行水热反应；2）反应结束后分离固体，经去离子水、无水乙醇交替超声清洗，真空抽滤分离固体，经烘干、碾磨得到碳微球。本发明的优点是：所添加的酚类可以有效改善生物质基碳微球的品质，达到减少或去除杂质，使得反应中碳微球产率提高，且调整碳微球粒径均一性以及优化碳微球形貌的效果。

Description

一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法
技术领域
本发明涉及一种碳微球的制备方法，主要涉及使用助剂优化制备碳微球的方法。属于碳材料制备技术领域。
背景技术
近年来，随着对碳质材料不断深入地研究，一系列新型碳材料逐渐被人们发现和利用，其中，碳微球以其低密度、高热稳定性和化学稳定性、本征阻尼性能好、比表面积可控和生物相容性好等诸多优异的性能，在催化剂载体、锂离子电池负极材料、燃料电池、轻质结构材料、金属基阻尼材料等领域具有广阔的应用前景，使用价廉且来源丰富的天然生物质作为碳源采用溶剂热等相关方法制备碳微球，受到相关领域研究者的广泛关注。
CN102765712A以葡萄糖作为碳源，使用微波水热反应，经洗涤、干燥得到碳微球。CN104649246A以生物质为碳源，使用碱或质子酸催化，经水热制备得到碳微球。CN104045074A以淀粉为前驱体，通过有机镍盐作为催化剂在前驱体中分散、碳化催化和金属催化剂的清洗，实现多孔碳微球的制备。该方法制得的碳微球为多孔结构,比表面积为300~1000㎡/g，空隙率为40~70%，孔径为5~200nm。CN104671229A以生物质为碳源，与去离子水搅拌、超声混合，除氧后经水热制备得到碳微球。
目前，制备碳微球的碳源多以纯的单糖或多糖类物质为主，生产成本相对较高，而部分使用废弃生物质作为碳源制备碳微球的技术，常常需要加入酸、碱或有机盐作为催化剂，且制备得到的碳微球杂质较多，产率低、粒径不均匀，碳微球表面不光滑，形貌有缺陷。因此，发展采用废弃的农林生物质为碳前驱体，采用直接水热法制备形貌较好、粒径均一且产率高的碳微球的技术非常必要。
发明内容
本发明目的在于提供一种生物质基的、形貌较好、碳转化率较高的绿色制备碳微球的方法。以农林废弃物油茶籽壳为碳源，使用酚类化合物作为助剂，通过低温水热碳化反应得到表面光滑、形貌规整的碳微球。该方法具有原料来源广泛、价格低廉、产品产率高且制备过程较为绿色环保等优势。
本发明是通过下述技术方案实现的，一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，其特征包括如下过程：
1）将油茶籽壳粉末与酚类化合物搅拌分散在去离子水中，充分混匀后转移至反应釜中，于鼓风干燥箱中进行水热反应；
2）反应结束后分离固体，经去离子水、无水乙醇交替超声清洗，真空抽滤分离固体，经烘干、碾磨得到碳微球。
所使用的油茶籽壳粉末碳前驱体粒径为2~74μm。
所使用的酚类化合物为苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯三酚、邻甲基苯酚、对甲基苯酚、间甲基苯酚、邻硝基苯酚、对硝基苯酚、间硝基苯酚在水中具有较高溶解度的酚类化合物。
酚类化合物与油茶籽壳粉末的质量比可为1:8~1:3，实验中确保酚完全溶解于水中，原料与助剂的质量之和与加入的去离子水比可为：1:20~1:30，（w/v, g/ml）。
料液混匀的搅拌方法可为机械搅拌、磁力搅拌或摇床震荡，搅拌时间为6h以上。
水热反应的温度可为150℃~250℃，水热反应时间可为11~24h。
本发明的优点是：以价廉易得的废弃生物质油茶籽壳为碳源，以低温水热反应为制备方法，通过添加酚类作为助剂，制备得到粒径均匀、表面光滑且形貌规整的碳微球，弥补了目前制备得碳微球粒径不均、杂质多、碳转化率低以及碳微球形貌存在缺陷等不足。整个制备过程成本低，生产周期短，绿色环保。
附图说明
图1为实施例1所制备的碳微球的扫描电镜照片图。
图2为实施例2所制备的碳微球的扫描电镜照片图。
图3为实施例3所制备的碳微球的扫描电镜照片图。
图4为实施例4所制备的碳微球的扫描电镜照片图。
具体实施方式
实施例1
取0.8g粒径为74μm的油茶籽壳粉末和0.2g间苯二酚置于100mL烧杯中，加入30mL去离子水后，磁力搅拌6h。将所得的悬浊液转移至50mL规格的聚四氟乙烯内衬反应釜中，于230℃鼓风干燥箱中反应12h。自然冷却至室温后，真空抽滤分离固体，使用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次至洗涤液澄清，于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到使用间苯二酚为助剂制备得到的碳微球。
该实施例制备得到碳微球的扫描电镜如图1所示，碳微球粒径在2μm左右，球体表面光滑，形貌规整。反应中碳微球的产率为33.5% [(w碳微球/w油茶籽壳+酚）×100%]。
实施例2
取0.8g粒径为74μm的油茶籽壳粉末和0.2g间苯三酚置于100mL烧杯中，加入30mL去离子水后，磁力搅拌6h。将所得的悬浊液转移至50ml规格的聚四氟乙烯内衬反应釜中，于230℃鼓风干燥箱中反应12h。自然冷却至室温后，真空抽滤分离固体，使用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次至洗涤液澄清，于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到使用间苯三酚为助剂制备得到的碳微球。
该实施例制备得到碳微球的扫描电镜如图2所示，碳微球粒径在1~2μm左右，球体表面光滑，形貌规整。反应中碳微球的产率为44.5%。
实施例3
取0.8g粒径为74μm的油茶籽壳粉末和0.2g间苯三酚置于100mL烧杯中，加入30mL去离子水后，磁力搅拌6h。将所得的悬浊液转移至50ml规格的聚四氟乙烯内衬反应釜中，于230℃鼓风干燥箱中反应24h。自然冷却至室温后，真空抽滤分离固体，使用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次至洗涤液澄清，于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到使用间苯三酚为助剂制备得到的碳微球。
该实施例制备得到碳微球的扫描电镜如图3 所示，碳微球粒径在1~2μm，球体表面光滑，粒径较为均匀，形貌规整。反应中碳微球的产率为47.5%。
实施例4
取0.8g粒径为74μm的油茶籽壳粉末和0.2g间苯三酚置于100mL烧杯中，加入30mL去离子水后，磁力搅拌6h。将所得的悬浊液转移至50mL规格的聚四氟乙烯内衬反应釜中，于150℃鼓风干燥箱中反应12h。自然冷却至室温后，真空抽滤分离固体，使用去离子水和无水乙醇交替超声清洗数次至洗涤液澄清，于60℃鼓风干燥箱中烘干，得到使用间苯三酚为助剂制备得到的碳微球。
该实施例制备得到碳微球的扫描电镜如图4示，碳微球粒径约1μm，球体表面光滑，粒径均匀，形貌规整。反应中碳微球的产率为53.0%。

Claims (5)

1.一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，包括以下步骤：
1）将油茶籽壳粉末与酚类化合物搅拌分散在去离子水中，充分混匀后转移至反应釜中，于鼓风干燥箱中进行水热反应；酚类化合物与油茶籽壳粉末的质量比为1:8~1:3，实验中确保酚完全溶解于水中，原料与助剂的质量之和与加入的去离子水比为：1:20~1:30，单位为g/mL；
2）反应结束后分离固体，经去离子水、无水乙醇交替超声清洗，真空抽滤分离固体，经烘干、碾磨得到碳微球。
2.权利要求1中所述的一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，其特征在于：所使用的油茶籽壳粉末碳前驱体粒径为2~74μm。
3.权利要求1中所述的一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，其特征在于，所使用的酚类化合物为苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯三酚、邻甲基苯酚、对甲基苯酚、间甲基苯酚、邻硝基苯酚、对硝基苯酚、间硝基苯酚在水中具有较高溶解度的酚类化合物。
4.权利要求1中所述的一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，其特征在于：料液混匀的搅拌方法为机械搅拌、磁力搅拌或摇床震荡，搅拌时间为6h以上。
5.权利要求1中所述的一种基于酚类助剂制备生物质基碳微球的方法，其特征在于：水热反应的温度为150℃~250℃，水热反应时间为11~24h。
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