[发明专利]碳纳米球及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种碳纳米球及其制备方法和应用。

背景技术

目前碳材料从零维C₆₀、一维碳纳米管、二维石墨烯到三维石墨都有很多相关的研究。其中碳微粒由于机械特性、耐药品性、耐热性、耐摩耗性、导电性优异而被广泛用于例如耐热填料、复合材料的强化剂、填充剂、吸附剂、汽车部件、电机部件、产业机械等的用途。

当前，为了对该碳微粒赋予功能性如为了提高比表面积而在内部具有空孔的多孔质碳微粒等己受到人们关注。具体地，作为在内部具有空孔的多孔质碳微粒的代表的活性碳，利用其细孔而在吸着剂、分子筛碳材、水处理剂、空气净化剂、催化剂和电容器电极等广泛领域已被工业化。活性碳，通过将作为原料的碳微粒利用水蒸气等气体进行激活处理、和利用氢氧化钾等药品进行激活处理，就可获得，但要控制其细孔径则会有困难。由于活性碳的功能根据其细孔径的大小、和容量(比表面积)而不同，形成任意的孔径的技术是重要的。进而，粒子形状、粒径和窄粒径分布的控制等对活性碳的质量提高方面也受到重视。

作为其现有一方法，是公开了将以苯乙烯等会热分解的聚合物作为芯，而以聚丙烯腈等的碳前体聚合物作为壳的芯壳微粒进行烧成，从而获得中空碳微粒的方法。通过此方法得到的中空碳微粒，中空结构的直径较大，为碳微粒的直径的20%以上，所以不具有足够的比表面积，又由于是使用乳化聚合体系制造的，所以存在使粒径的控制范围限制在0.5μm以下的课题。

另外，也公开了一种将富勒烯等中空结构的碳材料与碳前体通过熔融混炼进行分散，然后进行粉碎处理，且经由烧成、激活处理而获得活性碳的方法。该方法由于实施粉碎处理，所以活性碳的形状不规则，存在粒径分布宽的问题。

因此，无论采用现有哪种方法进行制备碳微粒，所制备的碳微粒表面积有限，且粒径无法得到有效控制，从而影响了该碳微粒的应用。另外，通过检索，尚未发现对刺猬状碳纳米球的研究报导。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种表面丰富、球体大小均匀的碳纳米球及其制备方法。

本发明实施例的另一目的在于提供该碳纳米球的应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种碳纳米球，其包括碳纳米颗粒和生长在所述碳纳米颗粒表面的若干碳刺，所述碳纳米颗粒和碳刺使得所述碳纳米球呈刺猬状。

以及，上述碳纳米球的一种制备方法，包括如下步骤：

将放置有碳化催化剂的真空反应室预加热后，从反应室底部通入保护性气体；其中，所述保护性气体的流量保证催化剂悬浮；

保持向反应室通入保护性气体并继续对所述反应室加热至800～1300℃，然后向反应室中通入有机碳源气体进行碳化反应10～120min，待碳化反应完毕后，停止通入保护性气体和有机碳源气体，冷却，得到呈刺猬状的所述碳纳米球。

以及，上述碳纳米球在吸着剂、分子筛碳材、水处理剂、空气净化剂、催化剂和污水处理领域中的应用。

上述碳纳米球由于在碳纳米颗粒表面生长有若干碳刺而呈刺猬状，从而使得该碳纳米球具有丰富的表面以及较大的比表面积，而且其颗粒尺寸均匀。正是由于该碳纳米球具有较大的比表面积和均匀颗粒尺寸，从而扩大了其应用范围。

上述碳纳米球制备方法利用有机碳源为原料进行碳化制备，其工艺简单，条件易控，能有效控制碳刺的生长并控制碳纳米球的粒径，使得其尺寸均匀，具有较大的比较面积，提高了该碳纳米球合格率，并提高了生产效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例1制备碳纳米球的SEM图；

图2为本发明实施例碳纳米球的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实例提供一种表面丰富、球体大小均匀的碳纳米球，其结构如图1所示。该碳纳米球包括碳纳米颗粒和生长在所述碳纳米颗粒表面的若干碳刺，该碳纳米颗粒和碳刺使得该碳纳米球呈刺猬状。

其中，碳纳米球的碳纳米颗粒粒径优选为100～500nm，更优选200～300。碳纳米球的碳刺根部直径优选为20～50nm，长度优选为50～300nm，且呈弯曲卷绕状。该碳纳米颗粒优选的粒径和碳刺使得该碳纳米球具有合适的尺寸。该优选的碳刺使得该碳纳米球具有丰富的表面和较大的表面积。