[发明专利]中空碳球的制备方法与钴-碳球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及中空碳球的制备方法与钴-碳球的制备方法。

背景技术

中空碳球与核壳结构的钴-碳球是一种新型的碳材料。中空碳球和核壳结构的钴-碳球的特点是其直径通常为几十纳米到几百纳米。

纳米、微米中空碳球具有良好的化学稳定性、热稳定性、导电性、导热性、较大的比表面积与较低的密度，是一种具有广泛应用前景的碳材料。由于纳米、微米中空碳球的上述优点，其被广泛应用于负载催化剂、吸附污染物、制备超级电容器和锂离子电池等行业，为了满足纳米、微米中空碳球的需求，需要有制备成本低而产量大的纳米、微米中空碳球的合成技术。与此同时，纳米、微米核壳结构的钴-碳球也逐渐引起人们的重视，这类材料结合了纳米、微米碳球优异的性能与钴核催化活性和磁性的优点，在光催化降解有机污染物、磁性吸附分离重金属离子和有机污染物、能源存储以及生物检测等方面具有潜在的应用前景。

通常，纳米、微米中空碳球采用电弧放电法、激光蒸发法、电化学气相沉积法及催化合成法制备。上述方法中碳源通常是有机碳氢小分子，如：甲烷、乙炔和乙烯等等，很少有采用有机聚合物作为制备纳米、微米中空碳球的碳源材料。目前仅Xuecheng Chen报道了以醋酸钴作为催化剂，聚丙烯作为碳源制备中空碳球的方法；但是该方法制备的中空碳球产率很低（小于9%）、且不能调控中空碳球的尺寸。同样采用聚合物制备纳米、微米核壳结构的钴-碳球的方法也较少。Bassem El Hamaoui报导了采用热解钴络合物的方法制备了核壳结构的钴-碳球。这种方法制备时间较长、产率较低、原料昂贵，最重要的使钴-碳球的尺寸不易控制。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种产率较高的中空碳球与钴-碳球的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种中空碳球的制备方法，包括以下步骤：

a）将塑料与回收塑料中的一种或两种、改性蒙脱土与钴化合物熔融混合，得到塑料混合物或回收塑料混合物；

b）将所述塑料混合物或回收塑料混合物加热，反应后冷却，得到复合物；

c）将步骤b）得到的复合物与氢氟酸混合，反应后离心分离，将分离后的固体材料与氧化性酸混合，反应后得到中空碳球。

优选的，所述塑料与回收塑料的一种或两种的含量为40wt%～95wt%，所述改性蒙脱土的含量为2.5wt%～20wt%，所述钴化合物的含量为2.5wt%～40wt%；所述改性蒙脱土与所述钴化合物的总量不低于5wt%。

优选的，所述钴化合物为钴的氧化物、钴的氢氧化物、钴的盐类化合物和钴的络合物中的一种或多种。

优选的，所述钴的氧化物为氧化亚钴、三氧化二钴和四氧化三钴中的一种或多种；所述钴的氢氧化物为氢氧化钴；所述钴的盐类化合物为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴和碳酸钴中的一种或多种；所述钴的络合物为二茂钴和碳基钴中的一种或两种。

优选的，所述钴化合物的粒径为0.1～50μm；所述改性蒙脱土的粒径为0.5～50μm。

优选的，所述氧化性酸为硝酸，所述硝酸的浓度为68.5wt%～98wt%。

优选的，所述中空碳球的粒径为25nm～200nm，所述中空碳球的碳层厚度为4nm～20nm。

本申请还提供了一种钴-碳球的制备方法，包括以下步骤：

a）将塑料与回收塑料中的一种或两种、改性蒙脱土与钴化合物熔融混合，得到塑料混合物或回收塑料混合物；

b）将所述塑料混合物或回收塑料混合物加热，反应后冷却，得到复合物；

c）将所述复合物与强碱的水溶液混合，反应后得到钴-碳球。

优选的，所述强碱为氢氧化钠，所述氢氧化钠的水溶液的浓度为20wt%～40wt%。

优选的，所述钴-碳球的粒径为25nm～200nm，所述钴-碳球的碳层厚度为4nm～20nm，钴核为5nm～200nm。