專利名稱：一種多孔瀝青基炭微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種炭材料的制備方法，具體地說涉及多孔瀝青基炭微球的制備方法。
背景技術(shù)：
炭微球，如多孔瀝青基炭微球是一種廣泛應(yīng)用于氣體吸附或儲能領(lǐng)域的材料，在超級電容器電極材料的應(yīng)用方面具有廣闊的前景。
US PATENT 3917806，JP PATENT 50-18879，中科院煤化所王克溫等(炭素技術(shù)，1996，(2)5)報(bào)道了采用瀝青制備直徑在2mm左右的球形活性炭的方法。此方法涉及到固化劑、致孔劑與瀝青的混合、破碎、篩分等技術(shù)，損耗大、成本高。而且球體直徑大，不熔化過程很長，在應(yīng)用中還會增加擴(kuò)散過程，影響使用效果。
自從日本學(xué)者YAMADA(carbon，1974，12307)報(bào)道的中間相炭微球發(fā)明以來，不斷有人致力于微米級的各向同性炭微球的制備。日本KODAMA等(carbon，1991，2943)報(bào)道了一種在硅油中加熱微米級瀝青粉末的方法。由于瀝青粉末在硅油中分散性不好，在加熱過程中很容易團(tuán)聚。YOON等(carbon，1992，30781)報(bào)道了用甘油來萃取瀝青四氫呋喃瀝青溶液中四氫呋喃的方法來制備瀝青微球。但是只能用很稀的瀝青四氫呋喃溶液，濃度不足1.0wt％，沒有實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種多孔瀝青基炭微球的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，滿足有關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的需要。
本發(fā)明的方法包括如下步驟將含有瀝青的有機(jī)溶劑加入含有表面活性劑的甘油溶液中，攪拌使其成為均勻的乳狀液，然后常壓加熱到100～150℃，揮去有機(jī)溶劑，在80～120℃下過濾，50～110℃下烘干得到瀝青微球，再以1～5℃/min的升溫速度升溫到200～280℃，氧化0.5～5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min的升溫速度升溫到900～1200℃，炭化0.5～1小時(shí)，得到瀝青基炭微球。
優(yōu)選采用軟化點(diǎn)在250～300℃的瀝青；所說的有機(jī)溶劑為與甘油不相溶的但與瀝青相溶有機(jī)溶劑，優(yōu)選采用四氫呋喃或甲苯或其混合物；所說的表面活性劑包括聚乙烯醇(PVA)、RH型瀝青乳化劑或十六烷基溴化銨或其混合物；本發(fā)明多孔瀝青基炭微球的球徑是通過有機(jī)溶劑中瀝青的濃度以及表面活性劑的濃度來控制的。表面活性劑甘油溶液的濃度從5g/L增加到20g/L，瀝青溶液的濃度從0.33g/ml降低到0.20g/ml，所得到的炭微球的球徑從32um變化為7.0um，比表面積從395變化為485m2/g。因此，優(yōu)選的有機(jī)溶劑中瀝青的重量百分比濃度以20～35％為好，表面活性劑的濃度重量百分比濃度以0.2～1％為好，在此條件下，可獲得平均粒徑為7～32的多孔瀝青基炭微球。
含有瀝青的有機(jī)溶劑與含有表面活性劑的甘油溶液的體積比為1∶1～1∶10。
本發(fā)明的方法原料價(jià)格便宜，工藝簡單，收率高，球形度好，球徑及比表面積可控，便于工業(yè)化實(shí)施。


圖1多孔瀝青基炭微球的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在2000ml濃度為5g/L的PVA甘油溶液中加入300ml濃度為0.33g/ml的瀝青四氫呋喃溶液，在常壓攪拌釜中以2.0℃/min的升溫速度加熱到150℃，恒溫直到THF全部被蒸出，冷卻后過濾。濾餅在110℃下干燥，在空氣中以5℃/min升溫到240℃，氧化5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min升溫到1000℃，炭化15min，得到瀝青基炭微球。平均球徑為32.0um，比表面積為403m2/g。電鏡照片如圖1。
實(shí)施例2在2000ml濃度為10g/L的PVA甘油溶液中加入300ml濃度為0.33g/ml的瀝青四氫呋喃溶液，在常壓攪拌釜中以2.0℃/min的升溫速度加熱到150℃，恒溫直到THF全部被蒸出，冷卻后過濾。濾餅在110℃下干燥，在空氣中以5℃/min升溫到240℃，氧化5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min升溫到1000℃，炭化15min，得到瀝青基炭微球。平均球徑為19.0um，比表面積為435m2/g。
實(shí)施例3在2000ml濃度為20g/L的PVA甘油溶液中加入300ml濃度為0.33g/ml的瀝青四氫呋喃溶液，在常壓攪拌釜中以2.0℃/min的升溫速度加熱到150℃，恒溫直到全部THF被蒸出，冷卻后過濾。濾餅在110℃下干燥，在空氣中以5℃/min升溫到240℃，氧化5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min升溫到1000℃，炭化15min，得到瀝青基炭微球。平均球徑為16.0um，比表面積為485m2/g。
實(shí)施例4在2000ml濃度為20g/L的PVA甘油溶液中加入300ml濃度為0.20g/ml的瀝青四氫呋喃溶液，在常壓攪拌釜中以2.0℃/min的升溫速度加熱到150℃，恒溫直到全部THF被蒸出，冷卻后過濾。濾餅在110℃下干燥，在空氣中以5℃/min升溫到240℃，氧化5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min升溫到1000℃，炭化15min，得到瀝青基炭微球。平均球徑為7.0um，比表面積為522m2/g。
實(shí)施例5在2000ml濃度為5g/L的PVA甘油溶液中加入300ml濃度為0.33g/ml的瀝青甲苯溶液，在常壓攪拌釜中以2.0℃/min的升溫速度加熱到150℃，恒溫直到全部甲苯被蒸出，冷卻后過濾。濾餅在110℃下干燥，在空氣中以5℃/min升溫到240℃，氧化5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min升溫到1000℃，炭化15min，得到瀝青基炭微球。平均球徑為31.0um，比表面積為395m2/g。
權(quán)利要求
1.一種多孔瀝青基炭微球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將含有瀝青的有機(jī)溶劑加入含有表面活性劑的甘油溶液中，使其成為均勻的乳狀液，然后加熱到100～150℃，揮發(fā)去有機(jī)溶劑，過濾，烘干得到瀝青微球，再以1～5℃/min的升溫速度升溫到200～280℃，氧化0.5～5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以5～10℃/min的升溫速度升溫到900～1200℃，炭化0.5～1小時(shí)，得到瀝青基炭微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用軟化點(diǎn)在250～300℃的瀝青。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的有機(jī)溶劑為與甘油不相溶但與瀝青相溶的有機(jī)溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，有機(jī)溶劑采用四氫呋喃或甲苯或其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的表面活性劑包括聚乙烯醇(PVA)、RH型瀝青乳化劑或十六烷基溴化銨或其混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，有機(jī)溶劑中瀝青的重量百分比濃度為20～35％，表面活性劑的重量百分比濃度為0.2～1％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，含有瀝青的有機(jī)溶劑與含有表面活性劑的甘油溶液的體積比為1∶1～1∶10。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，揮去有機(jī)溶劑后80～120℃下過濾。
全文摘要
一種多孔瀝青基炭微球的制備方法，包括如下步驟將含有瀝青的有機(jī)溶劑加入含有表面活性劑的甘油溶液中，使其成為均勻的乳狀液，然后加熱揮發(fā)去有機(jī)溶劑，過濾，烘干得到瀝青微球，再以1℃～5℃/min的升溫速度升溫到200℃～280℃，氧化0.5～5小時(shí)后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以5℃～10℃/min的升溫速度升溫到900℃～1200℃，炭化0.5～1小時(shí)，得到瀝青基炭微球。本發(fā)明的方法原料價(jià)格便宜，工藝簡單，收率高，球形度好，球徑及比表面積可控，便于工業(yè)化實(shí)施。
文檔編號C01B31/02GK1559890SQ20041001670
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者呂永根, 楊常玲, 潘鼎 申請人:東華大學(xué)