[发明专利]铁-碳球的制备方法及中空碳球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料领域，特别涉及铁-碳球的制备方法及中空碳球的制备方法。

背景技术

中空碳球与核壳结构的铁-碳球是一类新型的碳材料。中空碳球密度低，导电性和导热性优良，比表面积和孔体积大，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。与此同时，核壳结构的铁-碳球也逐渐引起人们的重视，这类材料结合了中空碳球的优异性能与铁核催化活性和磁性等优点，在磁性吸附分离重金属离子和有机污染物、光催化降解有机物、能量存储及生物监测等诸多领域具有广泛的应用前景。

通常，中空碳球材料采用电弧放电法、激光蒸发法、电化学气相沉积法及催化合成法来制备。这些方法中碳源通常是有机碳氢小分子，比如甲烷和乙炔等。很少有采用有机聚合物来制备中空碳球的报道。Xuecheng Chen报道了利用醋酸钴和有机改性蒙脱土作为组合催化剂，利用聚丙烯作为碳源材料制备中空碳球(Xuecheng Chen,Hang Wang,Junhui He.Synthesis of carbon nanotubes and nanospheres with controlled morphology using different catalyst precursors.Nanotechnology 19(2008)325607)。但是制备的中空碳球产率较低、不能调控尺寸，同时需要大量使用氢氟酸来除掉残余的蒙脱土。Jiang Gong报道了利用聚苯乙烯作为碳源材料，利用四氧化三钴(或者醋酸钴或者三氧化二钴)和有机改性蒙脱土作为组合催化剂制备核壳结构的钴－碳球，提纯后得到中空碳球(Jiang Gong,Jie Liu,Xuecheng Chen,Xin Wen,Zhiwei Jiang,Ewa Mijowska,Yanhui Wang,Tao Tang.Synthesis,characterization and growth mechanism of mesoporous hollow carbon nanospheres by catalytic carbonization of polystyrene.Microporous and Mesoporous Materials 176(2013)31–40)。但是四氧化三钴(或者醋酸钴或者三氧化二钴)比较贵，同时钴离子的毒性较大，对环境有着潜在的威胁；另外，提纯钴－碳球制备中空碳球过程中需要大量使用氢氟酸和浓硝酸，因而过程比较繁琐、比较危险。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供铁-碳球的制备方法和中空碳球的制备方法，操作安全简便，成本低。

本发明公开了一种铁-碳球的制备方法，包括以下步骤：

(A)将塑料或者回收塑料中的一种或两种与含铁化合物熔融混合，得到混合物；

(B)将所述混合物加热，反应后冷却，得到铁-碳球。

本发明公开了一种中空碳球的制备方法，包括以下步骤：

(A)将塑料或者回收塑料中的一种或两种与含铁化合物熔融混合，得到混合物；

(B)将所述混合物加热，反应后冷却，得到铁-碳球；

(C)将所述铁-碳球与质量浓度为5～15wt％的盐酸混合，得到中空碳球。

优选的，所述含铁化合物为铁的氧化物、铁的氢氧化物、铁盐、亚铁盐、三价铁络合物和亚铁的络合物中的一种或多种。

优选的，所述含铁化合物为三氧化二铁、氧化亚铁、四氧化三铁、氢氧化铁、氢氧化亚铁、氯化铁、氯化亚铁、溴化铁、溴化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、硫化铁、硫化亚铁、醋酸铁、草酸铁、碳酸铁、二茂铁和碳基铁中的一种或多种。

优选的，所述塑料或者回收塑料中的一种或多种的添加量为30～97.5wt％，所述含铁化合物的添加量为2.5～70wt％。

优选的所述含铁化合物的粒径为5nm～50μm。

优选的，所述步骤(A)中，所述熔融混合的温度为140～200℃。

优选的，所述塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸、聚己内酯或者聚丁二酸丁二醇酯。

优选的，所述铁-碳球的粒径为5nm～50μm，所述铁-碳球的碳层厚度为1～500nm，所述铁-碳球的铁核粒径为5nm～50μm。

优选的，所述中空碳球的粒径为5nm～50μm，所述中空碳球的碳层厚度为1～500nm。