CN1559890A - 一种多孔沥青基炭微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多孔沥青基炭微球的制备方法，包括如下步骤：将含有沥青的有机溶剂加入含有表面活性剂的甘油溶液中，使其成为均匀的乳状液，然后加热挥发去有机溶剂，过滤，烘干得到沥青微球，再以1℃～5℃/min的升温速度升温到200℃～280℃，氧化0.5～5小时后在氮气保护下以5℃～10℃/min的升温速度升温到900℃～1200℃，炭化0.5～1小时，得到沥青基炭微球。本发明的方法原料价格便宜，工艺简单，收率高，球形度好，球径及比表面积可控，便于工业化实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭材料的制备方法，具体地说涉及多孔沥青基炭微球的制备方法。
背景技术
炭微球，如多孔沥青基炭微球是一种广泛应用于气体吸附或储能领域的材料，在超级电容器电极材料的应用方面具有广阔的前景。
US PATENT 3917806，JP PATENT 50-18879，中科院煤化所王克温等(炭素技术，1996，(2)：5)报道了采用沥青制备直径在2mm左右的球形活性炭的方法。此方法涉及到固化剂、致孔剂与沥青的混合、破碎、筛分等技术，损耗大、成本高。而且球体直径大，不熔化过程很长，在应用中还会增加扩散过程，影响使用效果。
自从日本学者YAMADA(carbon，1974，12：307)报道的中间相炭微球发明以来，不断有人致力于微米级的各向同性炭微球的制备。日本KODAMA等(carbon，1991，29：43)报道了一种在硅油中加热微米级沥青粉末的方法。由于沥青粉末在硅油中分散性不好，在加热过程中很容易团聚。YOON等(carbon，1992，30：781)报道了用甘油来萃取沥青四氢呋喃沥青溶液中四氢呋喃的方法来制备沥青微球。但是只能用很稀的沥青四氢呋喃溶液，浓度不足1.0wt％，没有实用价值。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种多孔沥青基炭微球的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足有关领域发展的需要。
本发明的方法包括如下步骤：
将含有沥青的有机溶剂加入含有表面活性剂的甘油溶液中，搅拌使其成为均匀的乳状液，然后常压加热到100～150℃，挥去有机溶剂，在80～120℃下过滤，50～110℃下烘干得到沥青微球，再以1～5℃/min的升温速度升温到200～280℃，氧化0.5～5小时后在氮气保护下以10℃/min的升温速度升温到900～1200℃，炭化0.5～1小时，得到沥青基炭微球。
优选采用软化点在250～300℃的沥青；
所说的有机溶剂为与甘油不相溶的但与沥青相溶有机溶剂，优选采用四氢呋喃或甲苯或其混合物；
所说的表面活性剂包括聚乙烯醇(PVA)、RH型沥青乳化剂或十六烷基溴化铵或其混合物；
本发明多孔沥青基炭微球的球径是通过有机溶剂中沥青的浓度以及表面活性剂的浓度来控制的。表面活性剂甘油溶液的浓度从5g/L增加到20g/L，沥青溶液的浓度从0.33g/ml降低到0.20g/ml，所得到的炭微球的球径从32um变化为7.0um，比表面积从395变化为485m2/g。因此，优选的有机溶剂中沥青的重量百分比浓度以20～35％为好，表面活性剂的浓度重量百分比浓度以0.2～1％为好，在此条件下，可获得平均粒径为7～32的多孔沥青基炭微球。
含有沥青的有机溶剂与含有表面活性剂的甘油溶液的体积比为：1∶1～1∶10。
本发明的方法原料价格便宜，工艺简单，收率高，球形度好，球径及比表面积可控，便于工业化实施。
附图说明
图1多孔沥青基炭微球的电镜照片。
具体实施方式
实施例1
在2000ml浓度为5g/L的PVA甘油溶液中加入300ml浓度为0.33g/ml的沥青四氢呋喃溶液，在常压搅拌釜中以2.0℃/min的升温速度加热到150℃，恒温直到THF全部被蒸出，冷却后过滤。滤饼在110℃下干燥，在空气中以5℃/min升温到240℃，氧化5小时后在氮气保护下以10℃/min升温到1000℃，炭化15min，得到沥青基炭微球。平均球径为32.0um，比表面积为403m2/g。电镜照片如图1。
实施例2
在2000ml浓度为10g/L的PVA甘油溶液中加入300ml浓度为0.33g/ml的沥青四氢呋喃溶液，在常压搅拌釜中以2.0℃/min的升温速度加热到150℃，恒温直到THF全部被蒸出，冷却后过滤。滤饼在110℃下干燥，在空气中以5℃/min升温到240℃，氧化5小时后在氮气保护下以10℃/min升温到1000℃，炭化15min，得到沥青基炭微球。平均球径为19.0um，比表面积为435m2/g。
实施例3
在2000ml浓度为20g/L的PVA甘油溶液中加入300ml浓度为0.33g/ml的沥青四氢呋喃溶液，在常压搅拌釜中以2.0℃/min的升温速度加热到150℃，恒温直到全部THF被蒸出，冷却后过滤。滤饼在110℃下干燥，在空气中以5℃/min升温到240℃，氧化5小时后在氮气保护下以10℃/min升温到1000℃，炭化15min，得到沥青基炭微球。平均球径为16.0um，比表面积为485m2/g。
实施例4
在2000ml浓度为20g/L的PVA甘油溶液中加入300ml浓度为0.20g/ml的沥青四氢呋喃溶液，在常压搅拌釜中以2.0℃/min的升温速度加热到150℃，恒温直到全部THF被蒸出，冷却后过滤。滤饼在110℃下干燥，在空气中以5℃/min升温到240℃，氧化5小时后在氮气保护下以10℃/min升温到1000℃，炭化15min，得到沥青基炭微球。平均球径为7.0um，比表面积为522m2/g。
实施例5
在2000ml浓度为5g/L的PVA甘油溶液中加入300ml浓度为0.33g/ml的沥青甲苯溶液，在常压搅拌釜中以2.0℃/min的升温速度加热到150℃，恒温直到全部甲苯被蒸出，冷却后过滤。滤饼在110℃下干燥，在空气中以5℃/min升温到240℃，氧化5小时后在氮气保护下以10℃/min升温到1000℃，炭化15min，得到沥青基炭微球。平均球径为31.0um，比表面积为395m2/g。
Claims (8)
1.一种多孔沥青基炭微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有沥青的有机溶剂加入含有表面活性剂的甘油溶液中，使其成为均匀的乳状液，然后加热到100～150℃，挥发去有机溶剂，过滤，烘干得到沥青微球，再以1～5℃/min的升温速度升温到200～280℃，氧化0.5～5小时后在氮气保护下以5～10℃/min的升温速度升温到900～1200℃，炭化0.5～1小时，得到沥青基炭微球。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用软化点在250～300℃的沥青。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的有机溶剂为与甘油不相溶但与沥青相溶的有机溶剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，有机溶剂采用四氢呋喃或甲苯或其混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的表面活性剂包括聚乙烯醇(PVA)、RH型沥青乳化剂或十六烷基溴化铵或其混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，有机溶剂中沥青的重量百分比浓度为20～35％，表面活性剂的重量百分比浓度为0.2～1％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含有沥青的有机溶剂与含有表面活性剂的甘油溶液的体积比为：1∶1～1∶10。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，挥去有机溶剂后80～120℃下过滤。
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