[发明专利]微米多孔碳微球及其制备方法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及碳素材料，特别是微米多孔碳微球；本发明还涉及这种微米多孔碳微球的制备方法。

(二)背景技术：

自从发现富勒烯和纳米碳管以来，在世界范围内便开展了对碳素材料的全面研究。不同形貌碳材料在许多方面有着潜在的应用价值，如催化剂载体、锂离子电池电极材料、吸附剂、药物缓释剂等，因此具有独特结构的碳材料已经引起了广泛的关注。根据所使用的方法以及使用碳前驱体的不同，许多不同形貌碳材料如洋葱型碳、锥形结构碳、碳微树、碳微卷等已经成功地被合成。球形碳材料的发现是在20世纪60年代，人们在研究焦炭的形成过程中发现沥青类化合物在热处理过程中会发生中间相转变，生成中间相小球。1973年，Honda和Yamada把中间相小球从沥青母体中分离出来，并把分离出来的微米级球形材料称之为中间相碳微球(mesocarbon microbeads，MCMB)。近年来，尺寸大小从纳米级到微米级和结构不同的球形碳材料已经成功地通过不同的方法制备出来，如申请号为：02118730.4，名称为《中空纳米碳球的制造方法》的中国发明专利，它公开一种中空纳米碳球的制造方法，该方法包括下列步骤：(a)提供一含有石墨阳极与石墨阴极的电弧反应室，且于电弧反应室中通入一惰性气体；(b)以一脉冲电流施加电压于上述阴极与阳极之间，从而产生电弧放电反应；(c)收集沉积于石墨阴极的产物，包括中空纳米碳球的主产物和纳米碳管；(d)从沉积物中分离纯化出中空纳米碳球。但用上述方法制备纳米碳球，其产量不高、制备工艺较为复杂，生产成本也相对较高。

(三)发明内容：

本发明将公开制备工艺简单、低成本、利用多孔淀粉为前驱体制备的微米多孔碳微球，本发明将公开这种微米多孔碳微球的制备方法。

本发明所述微米多孔碳微球的制备方法，其步骤如下：

1)取包覆剂和多孔淀粉，加入水混合均匀，将所得的混合物进行干燥，得到干燥后的混合物；为保证包覆剂能将多孔淀粉完全有效地包覆，一般来说，包覆剂与多孔淀粉的配比按重量份计为，包覆剂∶多孔淀粉≥1∶20即可；但包覆剂∶多孔淀粉的配比量最好≤2∶1为宜，即包覆剂∶多孔淀粉的重量配比最好为1∶20～2∶1；所述包覆剂一般为可溶性锡酸盐，或可溶性锡盐，或可溶性硅酸盐，或可以同样起到包覆作用的其他物质，例如可为锡酸钠，或氯化锡，或氯化亚锡，或硅酸钠等；而水的加入量一般以能将包覆剂和多孔淀粉混合均匀为宜；

2)将干燥后的混合物置于惰性气氛的环境中加热至300～1000℃，并保温1～36小时，然后冷却，所得的炭化产物进行洗涤、干燥，即得到微米多孔碳微球；一般来说，加热过程中的升温速率为0.2～20℃/min，一般用水将炭化产物洗涤至中性即可。

本发明所述的制备方法是以多孔淀粉为前驱体，利用包覆炭化的方法，在多孔淀粉颗粒表面包覆一层保护层，在高温的条件下制备出单分散的微米级多孔碳微球。使用本发明所述方法进行制备，产率高、成本低、工艺简单，所得的单分散的微米级多孔碳微球用途广泛，可作为催化剂载体、锂离子电池电极材料、吸附剂、药物缓释剂等使用。

(四)附图说明：

图1为本发明多孔碳微球的扫描电镜形貌图。

(五)具体实施方式：

实施例1：

1)称取5g锡酸钠和10g多孔淀粉，加入200g蒸馏水并混合均匀，将所得的混合物进行冷冻干燥，得到干燥后的混合物；

2)取干燥后的混合物放入氩气保护的高温炉中，以20℃/min的升温速率，从室温加热到300℃，并在此温度保温3小时，然后自然冷却到室温，所得的炭化产物用蒸馏水洗涤至中性，即得微米多孔碳微球，所得的微米多孔碳微球的结构如图1所示。

实施例2：

1)称取3g硅酸钠和10g多孔淀粉，加入200g蒸馏水将它们混合均匀，所得的混合物进行冷冻干燥，得到干燥后的混合物；

2)取干燥后的混合物放入氩气保护的高温炉中，以10℃/min的升温速率，从室温加热到600℃，并在此温度保温2小时，然后自然冷却，所得的炭化产物依次先用蒸馏水洗涤至中性、再用氢氟酸(质量浓度为40％)洗涤以去除硅化合物、然后用蒸馏水洗涤至中性，干燥，即得微米多孔碳微球。

实施例3：

1)称取6g氯化亚锡和10g多孔淀粉，加入200g蒸馏水将它们混合均匀，所得的混合物进行冷冻干燥，得到干燥后的混合物；