專利名稱：一種用煤為原料制備碳微米球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤制高附加值碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用煤為原料制備碳微米 球的方法。
背景技術(shù)：
自從C60和碳納米管發(fā)現(xiàn)以來，在世界范圍內(nèi)便開展了對碳素材料的全面研究。 不同形貌碳材料在許多方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，因此具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的碳材料已經(jīng)引起了 人們的廣泛關(guān)注。許多不同形貌碳材料如碳蔥、石墨烯、碳管、碳球等已經(jīng)被成功地合成。在 這些不同形貌的碳材料中，碳球作為一種新型材料由于其類似于富勒烯或石墨性質(zhì)而受到 重視。這些相似性質(zhì)及碳球許多優(yōu)異的性能，例如自燒結(jié)性、化學(xué)惰性、高堆積密度、優(yōu)良的 導(dǎo)電導(dǎo)熱性及潤滑性等，使得碳球廣泛應(yīng)用于金剛石膜的制備、高級潤滑材料、特殊橡膠添 加劑、高強(qiáng)復(fù)合材料、吸附劑、鋰離子二次電池負(fù)極材料和催化劑的載體等領(lǐng)域。目前制備碳球的方法很多，包括化學(xué)氣相沉積法、碳源和催化劑的高溫分解、電弧 等離子體技術(shù)、混合碳氧化物催化碳化、模板法和溶劑熱法等。其中，溶劑熱法是合成具有 特殊結(jié)構(gòu)和性能化合物與新材料的一種有效方法。然而，實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的前提條件就是能 夠大規(guī)模地制備出低成本的碳球。因而，碳球的制備技術(shù)成為許多科學(xué)家科研和工程技術(shù) 專家追求的目標(biāo)。在這方面，努力的方向主要集中在通過石墨電弧放電來制備碳球和在高 溫下催化裂解有機(jī)烴類化合物，如甲烷等。然而，所有這些制備技術(shù)都面臨兩個(gè)難題，一是 原料成本或者設(shè)備成本比較昂貴；二是不適宜推廣為工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。因此，給其應(yīng)用帶來 了很大的局限。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用煤為原料制備碳微米球的方法，該方 法以煤與氫氧化鈉或氫氧化鉀和甲醇的反應(yīng)的產(chǎn)物作為碳源，十二烷基三甲基溴化銨或 十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨為導(dǎo)向劑，以水和乙醇為溶劑，大量制備 碳微米球。本發(fā)明所提供的制備方法具體步驟如下(1)以煤與氫氧化鈉和甲醇在200-400°C下反應(yīng)所得產(chǎn)物作為碳源，其中煤與氫 氧化鈉和甲醇的質(zhì)量之比為1 0.1-2 0.1-15;(2)將步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物溶解于乙醇水溶液中后，加入導(dǎo)向劑十二烷基三甲基 溴化銨或十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨，得到混合物，所述碳源與導(dǎo)向 劑的質(zhì)量之比為1 0.2-2;(3)將步驟(2)所得的混合物混勻后裝入反應(yīng)釜中，封緊反應(yīng)釜，放到加熱爐中， 加熱到300-700°C，使其發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)6-24h后停止加熱，反應(yīng)釜在加熱爐中自然冷卻至
室溫；(4)將步驟(3)的反應(yīng)產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，再用去離子水清洗，最后在60-80°C下烘干3-8小時(shí)后，得到本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)品黑色粉末狀碳微米球。所述步驟(1)中的煤是煙煤、褐煤等。本發(fā)明方法所得產(chǎn)品碳微米球純度高，可達(dá) 95%，產(chǎn)物平均粒徑5-10 u m,且碳微米球的尺寸較均勻。本發(fā)明所提供的碳微米球制備方 法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、成本低所用的原料均為儲量豐富的煤，廉價(jià)易得；且工藝操作簡單。2、溫度低(300-700°C )，工藝穩(wěn)定，易于控制。3、可用于大規(guī)模制備碳微米球。4、反應(yīng)物的處理簡單，工藝穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。5、本發(fā)明提供的碳微球，肉眼觀察為黑色并帶光澤的粉末，掃描顯微鏡觀察，是直 徑為5-10微米的球狀結(jié)構(gòu)。6、本發(fā)明提供的碳微米球?qū)τ跇?gòu)筑下一代鋰電池、新穎高效的催化劑載體、藥物 的運(yùn)載傳輸工具、酶和蛋白質(zhì)的保護(hù)體以及復(fù)合材料等具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。7、本發(fā)明由煤制備碳微米球，與已有技術(shù)相比，其最大的特點(diǎn)就是，原料成本低廉 易得、操作容易、工藝簡單、重現(xiàn)性好、適宜規(guī)?；a(chǎn)。


圖為實(shí)施例1所得產(chǎn)物的SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將1克勝利煤、1克氫氧化鈉、5毫升甲醇放到壓力釜中，加熱到300°C， 反應(yīng)1小時(shí)。等釜冷卻后，用四氫呋喃萃取反應(yīng)產(chǎn)物。然后將1克四氫呋喃萃取產(chǎn)物、2克 十六烷基三甲基溴化銨溶解到10毫升乙醇中，再加入20毫升水，將上述溶液混合均勻。然 后裝入壓力閥中，于600°C反應(yīng)24小時(shí)。等釜冷卻后，打開釜，倒出黑色產(chǎn)物，然后用無水乙 醇和蒸餾水分別洗滌，在50°C溫度下真空干燥5小時(shí)，最后通過研缽或球磨研磨成細(xì)粉，即 為制備碳微米球。掃描電子顯微鏡照片如附圖所示。實(shí)施例2 將1克神華煤、0. 5克氫氧化鉀、2毫升甲醇放到壓力釜中，加熱到 400°C，反應(yīng)1小時(shí)。等釜冷卻后，用四氫呋喃萃取反應(yīng)產(chǎn)物。然后將1克四氫呋喃萃取產(chǎn) 物、1克十二烷基三甲基溴化銨溶解到5毫升乙醇中，再加入20毫升水，將上述溶液混合均 勻。然后裝入壓力閥中，于500°C反應(yīng)24小時(shí)。等釜冷卻后，打開釜，倒出黑色產(chǎn)物，然后用 無水乙醇和蒸餾水分別洗滌，在80°C溫度下真空干燥5小時(shí)，最后通過研缽或球磨研磨成 細(xì)粉，即為制備的碳微米球。實(shí)施例3 將1克勝利煤、0. 1克氫氧化鈉、15毫升甲醇放到壓力釜中，加熱到 400°C，反應(yīng)1小時(shí)。等釜冷卻后，用四氫呋喃萃取反應(yīng)產(chǎn)物。然后將1克四氫呋喃萃取產(chǎn) 物、0. 5克十六烷基三甲基溴化銨溶解到10毫升乙醇中，再加入20毫升水，將上述溶液混合 均勻。然后裝入壓力閥中，于500°C反應(yīng)24小時(shí)。等釜冷卻后，打開釜，倒出黑色產(chǎn)物，然后 用無水乙醇和蒸餾水分別洗滌，在60°C溫度下真空干燥5小時(shí)，最后通過研缽或球磨研磨 成細(xì)粉，即為制備碳微米球。實(shí)施例4 將1克神府煤、2克氫氧化鈉、10毫升甲醇放到壓力釜中，加熱到300°C， 反應(yīng)1小時(shí)。等釜冷卻后，用四氫呋喃萃取反應(yīng)產(chǎn)物。然后將1克四氫呋喃萃取產(chǎn)物、2克
4十四烷基三甲基溴化銨溶解到5毫升乙醇中，再加入5毫升水，將上述溶液混合均勻。然后 裝入壓力閥中，于700°C反應(yīng)24小時(shí)。等釜冷卻后，打開釜，倒出黑色產(chǎn)物，然后用無水乙醇 和蒸餾水分別洗滌，在70°C溫度下真空干燥5小時(shí)，最后通過研缽或球磨研磨成細(xì)粉，即為 制備碳微米球。實(shí)施例5 將1克勝利煤、1克氫氧化鈉、10毫升甲醇放到壓力釜中，加熱到350°C， 反應(yīng)2小時(shí)。等釜冷卻后，用四氫呋喃萃取反應(yīng)產(chǎn)物。然后將1克四氫呋喃萃取產(chǎn)物、0.5 克十六烷基三甲基溴化銨溶解到10毫升乙醇中，再加入10毫升水，將上述溶液混合均勻。 然后裝入壓力閥中，于300°C反應(yīng)24小時(shí)。等釜冷卻后，打開釜，倒出黑色產(chǎn)物，然后用無水 乙醇和蒸餾水分別洗滌，在60°C溫度下真空干燥5小時(shí)，最后通過研缽或球磨研磨成細(xì)粉， 即為制備碳微米球。實(shí)施例6 將1克勝利煤、1克氫氧化鈉、1毫升甲醇放到壓力釜中，加熱到300°C， 反應(yīng)1小時(shí)。等釜冷卻后，用四氫呋喃萃取反應(yīng)產(chǎn)物。然后將1克四氫呋喃萃取產(chǎn)物、2克 十四烷基三甲基溴化銨溶解到10毫升乙醇中，再加入20毫升水，將上述溶液混合均勻。然 后裝入壓力閥中，于400°C反應(yīng)24小時(shí)。等釜冷卻后，打開釜，倒出黑色產(chǎn)物，然后用無水乙 醇和蒸餾水分別洗滌，在80°C溫度下真空干燥5小時(shí)，最后通過研缽或球磨研磨成細(xì)粉，即 為制備碳微米球。
權(quán)利要求
一種用煤為原料制備碳微米球的方法，其特征在于該制備方法具體步驟如下(1)以煤與氫氧化鈉和甲醇在200-400℃下反應(yīng)所得產(chǎn)物作為碳源，所述煤與氫氧化鈉和甲醇的質(zhì)量之比為1∶0.1-2∶0.1-15；(2)將步驟(1)的反應(yīng)產(chǎn)物溶解于乙醇水溶液中后，加入導(dǎo)向劑十二烷基三甲基溴化銨或十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨，得到混合物，所述步驟(1)所得產(chǎn)物碳源與導(dǎo)向劑的質(zhì)量比為1∶0.2-2；(3)將步驟(2)所得的混合物混勻后裝入反應(yīng)釜中，封緊反應(yīng)釜，放到加熱爐中，加熱到300-700℃，使其發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)6-24h后停止加熱，反應(yīng)釜在加熱爐中自然冷卻至室溫；(4)將步驟(3)所得的反應(yīng)產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，再用去離子水清洗，最后在60-80℃下烘干3-8小時(shí)后，得到本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)品黑色粉末狀碳微米球。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用煤為原料制備碳微米球的方法，屬于煤制高附加值碳材料的技術(shù)領(lǐng)域。該方法以煤與氫氧化鈉和甲醇反應(yīng)所得產(chǎn)物作為碳源，將反應(yīng)產(chǎn)物碳源溶解于乙醇水溶液中后，加入導(dǎo)向劑十二烷基三甲基溴化銨或十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨得到混合物，將混合物混勻后裝入反應(yīng)釜中，在加熱爐中加熱到300-700℃，反應(yīng)6-24h后停止加熱，自然冷卻至室溫后將反應(yīng)產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，再用去離子水清洗，最后烘干得到黑色粉末狀碳微米球。本發(fā)明方法所得產(chǎn)品碳微米球純度高，可達(dá)95％，產(chǎn)物平均粒徑5-10μm。本發(fā)明具有原料成本低廉易得、操作容易、工藝簡單、重現(xiàn)性好、適宜規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)。
文檔編號C01B31/02GK101850960SQ20101019205
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者任世彪, 水恒福, 王知彩, 郜麗娟, 雷智平 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)