CN106824026A - 一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法 - Google Patents

一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106824026A
CN106824026A CN201710170639.8A CN201710170639A CN106824026A CN 106824026 A CN106824026 A CN 106824026A CN 201710170639 A CN201710170639 A CN 201710170639A CN 106824026 A CN106824026 A CN 106824026A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbosphere
ascorbic acid
hydrothermal
hydrothermal carbonization
reaction based
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710170639.8A
Other languages
English (en)
Inventor
周雪皎
徐良友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201710170639.8A priority Critical patent/CN106824026A/zh
Publication of CN106824026A publication Critical patent/CN106824026A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，该方法以抗坏血酸作为反应物，将其溶解于去离子水中，在不加入任何催化剂的水热条件下，抗坏血酸分子发生脱水和聚合反应，利用自身所带的羧基电离出的H+离子作为催化剂，制备出了微纳米级且表面富含有机官能团的单分散碳微球。本发明制备方法简便易控、无杂质引入，通过简单的改变溶液浓度或pH值实现了对于碳微球尺寸的调节，且所得碳微球分散性好。

Description

一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法
技术领域
本发明涉及一种碳质微纳米材料的制备方法，具体涉及一种利用水热反应以生物质材料抗坏血酸为碳源的碳微球的制备方法。
背景技术
碳微球作为一种新型功能碳材料，具有许多优异的性能，比如大的比表面积、良好的化学稳定性和热稳定性、较高的导热导电性等。基于其独特的形貌和优异的性能，碳微球在催化剂载体、药物传输、色谱分离、吸附催化、电极材料以及增强型复合材料等众多领域极具开发潜力和应用前景。
关于碳微球的制备方法主要有模板法、化学气相沉积法、电弧放电法、高温热解法和水热法等。水热碳化法是在水热条件下，碳水化合物发生脱水和聚合反应而形成碳微球。相较其它制备方法而言，水热碳化法具有原料来源广、成本低、反应条件温和等优点。此外，碳微球表面含有丰富的含氧官能团，借此可以通过化学修饰实现碳微球表面性能的调控。同时，可通过改变反应条件，例如反应温度、反应时间、体系pH值和前驱体浓度等有效控制产物的形貌和大小分布。因此，水热碳化法是一种有效的碳微球的制备方法。目前，研究发现多种糖类分子可用作前驱体制备碳微球，包括葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉和纤维素。例如，2004年，Sun等在《Angewandte Chemie Int Ed》(2004,43,597)上发表了题为“Colloidalcarbon spheres and their core/shell structures with noble-metalnanoparticles”的文章，作者以葡萄糖为碳源，采用水热碳化法在160～180℃条件下制备出粒径在150～1500nm的碳微球。2008年，Yuan等发表了题为“Preparation ofmonodisperse carbon nanospheres for electrochemical capacitors”的文章，该文作者以蔗糖为碳源，利用水热碳化法合成碳微球，并使用熔融的氢氧化钾溶液对产物进行活化处理，制得粒径为100～150nm的碳微球。然而，利用糖类化合物的水热碳化反应制备得到的碳微球往往存在着严重的团聚交联现象，不利于碳微球的后处理和应用。为了解决分散性差的问题，研究发现可在水热体系中加入酸，其中H+离子在糖分子的脱水和缩合过程中起到催化作用。例如，Yuan2011年，Jiang等在《Materials Science Forum》(2011,685,123-129)上发表了题为“Synthesis of Colloidal Carbon Spheres by HydrothermalCarbonization of Glucose at Different Initial pH”的文章，该文作者通过控制反应体系pH值制备了不同尺寸的碳微球，成功解决了碳微球团聚交联的问题。然而，催化剂的添加不可避免地会引入杂质元素，其对碳微球的性能会产生显著影响。因此，寻求一种更简单易控、无杂质引入的分散性好的碳微球的制备方法具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的问题在于针对现有技术制备碳微球存在的上述不足，提供一种通过水热碳化法以抗坏血酸为原料、在不引入任何杂质元素的条件下制备单分散碳微球的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：将质量-体积浓度1.0～200mg/mL的抗坏血酸水溶液加入水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为120℃～300℃，水热反应时间为1～20小时，得到碳微球。
上述抗坏血酸水溶液浓度优选10～100mg/mL。
上述的水热反应温度优选150℃～280℃，水热反应时间优选3～12h。
本发明制备方法还可进一步优选通过NaOH、KOH或盐酸调节抗坏血酸水溶液的初始pH值调节在2～7，以控制制备的碳微球的尺寸。
本发明以抗坏血酸作为反应物，利用抗坏血酸自身所带的羧基电离出的H+离子作为催化剂，在水热条件下通过抗坏血酸分子发生脱水和缩合反应，制备得到单分散且大小均一的碳微球，并能通过调节反应物的浓度或pH值制备不同尺寸的碳微球。与现有技术相比，本发明制备方法简单，无需加入任何催化剂，制备得到的微纳米级碳微球分散性良好、大小均一，且表面富含有机官能团。
附图说明
图1是实施例1制备的碳微球的SEM图。
图2是实施例2制备的碳微球的SEM图。
图3是实施例3制备的碳微球的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将40mL 10mg/mL的抗坏血酸水溶液置于50mL反应釜中，将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为180℃，反应3h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到碳微球固体粉末。由图1可见，所得碳微球的直径约为4μm。
实施例2
将40mL 20mg/mL的抗坏血酸水溶液置于50mL反应釜中，将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为180℃，反应3h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到碳微球固体粉末。由图2可见，所得碳微球的直径约为2μm。
实施例3
将40mL 50mg/mL的抗坏血酸水溶液置于50mL反应釜中，将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为180℃，反应3h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到碳微球固体粉末。由图3可见，所得碳微球的直径约为5.5μm。
实施例4
将40mL 100mg/mL的抗坏血酸水溶液置于50mL反应釜中，将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为180℃，反应3h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到直径约为10μm的碳微球固体粉末。
实施例5
将80mL 50mg/mL的抗坏血酸水溶液置于100mL反应釜中，将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为180℃，反应12h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到直径约为7μm的碳微球固体粉末。
实施例6
将40mL 50mg/mL的抗坏血酸水溶液置于50mL反应釜中，将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为250℃，反应3h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到直径约为6.5μm的碳微球固体粉末。
实施例7
将40mL 50mg/mL的抗坏血酸水溶液置于50mL反应釜中，用2.5mol/LNaOH水溶液调节其pH值为5，然后将反应釜放入烘箱中，设置烘箱温度为180℃，反应3h后将反应釜自然冷却至室温。将反应后的混合物进行离心(8000rpm，30min)，将固体产物用50mL去离子水与乙醇体积比为1:1的混合溶剂洗涤三次，在烘箱中烘干(80℃，8h)，得到直径约为300nm的碳微球固体粉末。
本发明在碳微球的制备过程中，抗坏血酸水溶液的浓度直接影响到产物的粒径尺寸。当溶液浓度从1mg/mL增大到200mg/mL的过程中，制得的碳微球尺寸并不是呈现出单调增大或减小的趋势，而是当溶液浓度为20mg/mL时制得的碳微球粒径达到最小。同时反应时间的长短对碳微球尺寸也有影响，在保持其他条件一致的条件下，反应时间越长碳微球的尺寸会略有增大的趋势。其次，反应时间的长短对于最终碳微球的均一程度和碳微球表面的官能团数量也有影响。反应时间越长，碳微球在高温高压下的炭化越加明显，表面官能团也就越少。对制备的碳微球的形貌及大小进行表征，结果表明不同浓度的抗坏血酸溶液在180℃水热条件下，可制备出尺寸大小在数百纳米到几微米的单分散碳微球。

Claims (6)

1.一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，其特征在于：将质量-体积浓度1.0～200mg/mL的抗坏血酸水溶液加入水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为120℃～300℃，水热反应时间为1～20小时，得到碳微球。
2.根据权利要求1所述的基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，其特征在于：所述的抗坏血酸水溶液浓度为10～100mg/mL。
3.根据权利要求1所述的基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，其特征在于：所述的水热反应温度为150℃～280℃。
4.根据权利要求1所述的基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，其特征在于：所述的水热反应时间为3～12h。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，其特征在于：所述抗坏血酸水溶液的初始pH值调节在2～7。
6.根据权利要求5所述的基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法，其特征在于：所述抗坏血酸水溶液的初始pH值用NaOH、KOH或盐酸调节。
CN201710170639.8A 2017-03-21 2017-03-21 一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法 Pending CN106824026A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710170639.8A CN106824026A (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710170639.8A CN106824026A (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106824026A true CN106824026A (zh) 2017-06-13

Family

ID=59131003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710170639.8A Pending CN106824026A (zh) 2017-03-21 2017-03-21 一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106824026A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108927110A (zh) * 2018-08-06 2018-12-04 合肥学院 一种SiO2/C复合粉体的制备方法及应用
CN110104666A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 华东理工大学 基于水热碳化反应制备特殊形貌无水碳酸镁的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106475022A (zh) * 2015-09-02 2017-03-08 南京理工大学 一种活性抗菌微球及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106475022A (zh) * 2015-09-02 2017-03-08 南京理工大学 一种活性抗菌微球及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108927110A (zh) * 2018-08-06 2018-12-04 合肥学院 一种SiO2/C复合粉体的制备方法及应用
CN108927110B (zh) * 2018-08-06 2020-11-03 合肥学院 一种SiO2/C复合粉体的制备方法及应用
CN110104666A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 华东理工大学 基于水热碳化反应制备特殊形貌无水碳酸镁的方法
CN110104666B (zh) * 2019-05-20 2021-09-24 华东理工大学 基于水热碳化反应制备无水碳酸镁的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108529692B (zh) 空心球形氧化镍的制备方法
CN109364972B (zh) 一种用于木质素加氢解聚的钌基复合氮化碳纳米催化剂及制备方法和在木质素解聚上的应用
CN101733049B (zh) γ射线辐照制备核-壳结构复合材料的方法
CN109704337B (zh) 一种快速制备分散性良好的微米级碳球的方法
CN107867726A (zh) 一种纳米氧化钌的制备方法
CN113522279A (zh) 一种用于十二氢乙基咔唑放氢的金钯催化剂及其制备方法
CN106824026A (zh) 一种基于抗坏血酸的水热碳化反应制备碳微球的方法
Liu et al. Cu/C or Cu2O/C composites: selective synthesis, characterization, and applications in water treatment
CN103043646A (zh) 一种小尺寸实心碳球的制备方法及制备得到的碳球
CN112495374A (zh) 采用低温等离子体改性石墨烯制备负载型贵金属催化剂的方法和应用
CN110699039B (zh) 一种多孔Co/Nb2O5/碳纤维气凝胶复合吸波材料及其制备方法
CN106215968B (zh) 一种掺杂氮的碳包覆CuO复合材料及其制备方法
CN106824178A (zh) 石墨烯气凝胶基贵金属催化剂的制备工艺
CN112974832A (zh) 一种Pt凹立方体纳米晶的制备方法及其纳米晶和应用
CN111389398B (zh) 分级中空二氧化硅限域氧化亚铜可见光催化剂的制备方法
CN112978687A (zh) 一种氮化钽介孔纳米球的制备方法
CN116364956A (zh) 空心碳纳米球载酞菁铁分子团簇电催化材料的制备与应用
CN114192769B (zh) 一种具有花状结构的银粉及其制备方法
Lin et al. Use of Lignin and Hemicelluloses for Facial Synthesis of Gold, Platinum, and Palladium Nanoparticles
CN110732328A (zh) 一种用于二氧化碳重整反应的多核壳结构镍基催化剂及其制备方法和应用
CN111715256B (zh) 一种丝素蛋白基氮掺杂/多孔碳气凝胶/铜纳米粒子的制备方法
CN111994895B (zh) 一种酚醛树脂炭微球及其制备方法和应用
CN112691643A (zh) 一种微米球形活性炭的制备方法
CN116371416B (zh) 一种镍-铌/凹凸棒石基有序介孔催化剂及其制备方法和应用
CN111217352A (zh) 一种环糊精衍生微米碳球基质的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170613