專利名稱：一種回流法制備碳微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機化學材料的合成，涉及一種碳微球的制備方法。
背景技術(shù)：
碳微球具有良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的導電、導熱等特性，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的碳材料。 上世紀60年代在研究焦炭的形成過程中發(fā)現(xiàn)瀝青類化合物在熱處理過程中會發(fā)生中間相轉(zhuǎn)變，生成中間相小球。由于中間相碳微球具有許多優(yōu)異的性能，如化學惰性、高堆積密度、優(yōu)良的導電和導熱性，經(jīng)處理后得到超高比表面積碳球，其被用作新型碳材料，鋰離子電池負極材料，高性能液相色譜柱填料、催化劑載體等，越來越受到人們的重視。但制備中間相碳微球的方法所得的產(chǎn)率低(一般為5% -10% )，提取過程煩瑣冗長，微球的大小也不易控制，且結(jié)構(gòu)也比較單一。碳微球作為一種很重要的材料引起了人們的廣泛關(guān)注，其在納米器件、能量存儲、分離或作為潤滑材料等方面都有巨大的應(yīng)用前景。
對于碳微球的制備，目前主要是采用熱縮聚法，乳化法和懸浮法[1—3]等以瀝青為原材料來制取，另外，文獻[4]報道了用弧光放電法制備多層納米碳球的方法。但這些方法的制備工藝都比較復雜繁瑣，影響因素較多，條件控制的難度也較大。為此，許多新的簡單實用的方法正在被開發(fā)。目前，很多研究者報導了采用水熱法制備碳微球的研究[5—7]，文獻[5，7]報道了用葡萄糖作為原料在水熱合成條件下合成碳微球的方法。文獻[6]報道了在水熱合成條件下以蔗糖為碳源合成碳微球的方法。使用水熱方法得到的產(chǎn)物直徑在500-1000nm左右，形貌比較均一，具有良好的電容性能和循環(huán)壽命，但是需要使用高壓釜，反應(yīng)需要在高溫高壓下進行，溫度200-50(TC，設(shè)備較復雜。
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝簡單，可
連續(xù)化生產(chǎn)的一種回流法制備碳微球的方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟
3
(1)將蔗糖或葡萄糖溶解在濃度為2-9mol L—1的硫酸水溶液中，制成質(zhì)量濃度為1 % -60%的溶液，攪拌，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)3-15h，冷卻至室溫，過濾；
(2)濾餅用去離子水洗滌；干燥，得到碳微球的前驅(qū)體； (3)在惰性氣體氣氛下，在600 IOO(TC煅燒l-10h ;冷卻至室溫，得到粒徑為50-200nm的碳微球。 所述步驟(1)優(yōu)選的是將蔗糖或葡萄糖溶解在濃度為2_9mol *L—1的硫酸水溶液中，制成質(zhì)量濃度為10% -40%的溶液，攪拌，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)6-1011，冷卻至室溫，抽濾。 惰性氣體優(yōu)選氮氣或氬氣。 本發(fā)明的制備方法具有反應(yīng)條件溫和，工藝簡單，且具有良好的重現(xiàn)性。制備的碳微球直徑在50 200nm，具有較大的比表面積(800 1000m2 g—0 。本發(fā)明的碳微球作為化學反應(yīng)原料，催化劑載體，鋰離子電池電極材料，超級電容器電極材料，微電子學方面具有廣泛應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實施例1制備的碳微球的TEM圖。
圖2為本發(fā)明實施例2制備的碳微球的TEM圖。
圖3為本發(fā)明實施例3制備的碳微球的TEM圖。
圖4為本發(fā)明實施例4制備的碳微球的TEM圖。
圖5為本發(fā)明實施例5制備的碳微球的TEM圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例1 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟 將lg蔗糖溶解在事先配置好的99g6mol L—1的H2S04水溶液中，在室溫下充分攪拌形成1%的蔗糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)15h，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅，干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在N2氣氛下在IOO(TC煅燒lh ;然后冷卻至室溫，得到碳微球，其TEM圖見圖1。 實施例2 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟 將10g葡萄糖溶解在事先配置好的90g 7mol L—1的H2S04的水溶液中，在室溫下充分攪拌形成10%的葡萄糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)lOh，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅；干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在氬氣氣氛下在60(TC煅燒10h ;然后冷卻至室溫，得到碳微球，其TEM圖見圖2。
實施例3 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟
將30g蔗糖溶解在事先配置好的70g 2mol L—1的H2S04的水溶液中，在室溫下充分攪拌形成30%的蔗糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并回流，反應(yīng)9h，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅；干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在N2氣氛下在80(TC煅燒4h ;然后冷卻至室溫，得到碳微球，其TEM圖見圖3。 實施例4 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟 將5g蔗糖溶解在事先配置好的95g 3mol *L—1的H2S04的水溶液中，在室溫下充分攪拌形成5%的蔗糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并回流，反應(yīng)10h，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅；干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在氬氣氣氛下在60(TC煅燒10h ;然后冷卻至室溫，得到碳微球，其TEM圖見圖4。 實施例5 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟 將20g蔗糖溶解在事先配置好的80g 9mo1 L—1的H2S04的水溶液中，在室溫下充分攪拌形成20%的蔗糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并回流，反應(yīng)3h，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅；干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在N2氣氛下在70(TC煅燒5h ;然后冷卻至室溫，得到碳微球，其TEM圖見圖5。 實施例6 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟 將60g葡萄糖溶解在事先配置好的40g 5mo1 L—1的H2S04的水溶液中，在室溫下充分攪拌形成60%的葡萄糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并回流，反應(yīng)6h，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅；干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在氬氣氣氛下在85(TC煅燒5h ;然后冷卻至室溫，得到碳微球。
實施例7 —種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟 將40g葡萄糖溶解在事先配置好的60g 8mo1 L—1的H2S04的水溶液中，在室溫下充分攪拌形成40%的葡萄糖酸性水溶液后，將溶液加入到回流裝置中，加熱至溶液沸騰并回流，反應(yīng)8h，然后冷卻至室溫，過濾并用去離子水洗滌濾餅；干燥濾餅，得到碳微球的前驅(qū)體；取碳微球的前驅(qū)體，在氬氣氣氛下在IOO(TC煅燒3h ;然后冷卻至室溫，得到碳微球。
權(quán)利要求
一種回流法制備碳微球的方法，其特征是包括如下步驟(1)將蔗糖或葡萄糖溶解在濃度為2-9mol·L-1的硫酸水溶液中，制成質(zhì)量濃度為1％-60％的溶液，攪拌，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)3-15h，冷卻至室溫，過濾；(2)濾餅用去離子水洗滌；干燥，得到碳微球的前驅(qū)體；(3)在惰性氣體氣氛下，在600～1000℃煅燒1-10h；冷卻至室溫，得到粒徑為50-200nm的碳微球。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回流法制備碳微球的方法，其特征是所述步驟(1)為將蔗糖或葡萄糖溶解在濃度為2-9mol *L—1的硫酸水溶液中，制成質(zhì)量濃度為10% -40%的溶液，攪拌，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)6-10h，冷卻至室溫，抽濾。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回流法制備碳微球的方法，其特征是所述惰性氣體為氮氣或氬氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回流法制備碳微球的方法，包括如下步驟(1)將蔗糖或葡萄糖溶解在濃度為2-9mol·L-1的硫酸水溶液中，制成質(zhì)量濃度為1％-60％的溶液，攪拌，加熱至溶液沸騰并冷凝回流，反應(yīng)3-15h，冷卻至室溫，過濾；(2)濾餅用去離子水洗滌；干燥，得到碳微球的前驅(qū)體；(3)在惰性氣體氣氛下，在600～1000℃煅燒1-10h；冷卻至室溫，得到粒徑為50-200nm的碳微球。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)條件溫和，工藝簡單，且具有良好的重現(xiàn)性。制備的碳微球具有較大的比表面積。本發(fā)明的碳微球作為化學反應(yīng)原料，催化劑載體，鋰離子電池電極材料，超級電容器電極材料，微電子學方面具有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號C01B31/02GK101774568SQ20101003133
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者李帥, 秦學 申請人:天津大學