[发明专利]一种以碳化钙和多卤代烃为原料球磨合成炔碳纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于新型碳纳米材料制备领域，特别涉及碳化钙的新化学反应及高值利用，碳化钙对多卤代烃的高效降解，新型炔碳材料的制备，以及机械化学在碳纳米材料合成中的应用。

背景技术

在当今科学技术领域，新型碳材料的发现和利用是材料科学的前沿和研究热点之一。碳材料以其丰富的原料来源，结构和品种的多样性，独特的物理化学性质，以及巨大的市场应用而倍受关注。近年来，科学家相继发现并制备了碳纳米管、富勒烯C₆₀、石墨烯、石墨炔等新型碳材料，其独特的光电和力学性质也使研究者们倍受鼓舞。在已有的碳材料中，富含炔基的碳材料(炔碳)以其独特的物化性能、电性能与结构可调变性能受到人们的普遍关注。

在专利CN 101244816A中，将碳化物，如CaC₂、SiC、Al₄C₃等，置于150-600℃的高温管式炉中，以无水HCl气体为刻蚀剂将碳化物中的其他元素转化为氯化物，然后经酸洗、水洗后得到相应碳材料。该制备过程所需的反应温度较高，且同时副产较多的酸性气体，过程环保性差。

在专利CN 101244816A中，以CaC₂和草酸为原料，在65-250℃的压力反应釜中反应，最后经处理后得到相应碳材料。另外，该课题组还利用CaC₂与CH₂Cl₂、CHCl₃和CCl₄在高压反应釜中在200℃以上温度下，通过热化学反应合成了球状纳米碳材料。上述在制备过程中，由于巨大的反应热会出现飞温现象，反应难以控制，均不适合大规模制备。

在专利CN 101774570A与CN 102205959A中，分别在无模板与有模板条件下，以六炔苯为反应试剂，在50-80℃温度下，以铜片或铜薄膜层为催化剂在吡啶中偶联2-8天制得相应的石墨炔薄膜与石墨炔纳米管。其制备工艺简单、条件温和，但所使用的六炔基苯需要事先制得，且制备过程十分复杂。在上述石墨炔合成基础上，专利CN 102120571A与CN 102225757A分别在485-515℃与570-630℃且有氩气保护下，将石墨炔置于管式炉中，制得了石 墨炔纳米线和石墨炔纳米薄膜材料。但该过程所需温度较高，不适合大规模制备。

在已有的文献和专利中，尚无以碳化钙和多卤代烃为原料，通过球磨方法在常温常压条件下制备炔碳纳米材料的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以廉价易得的大宗化工原料，即碳化钙和多卤代烃，在常温常压条件下，高效合成炔碳纳米材料的新方法。

本发明所采用的技术方案为：以碳化钙和多卤代烃为原料，将二者按一定比例一次性地或分批加入到球磨罐中；将球磨罐抽成真空或充入常压惰性气体保护后，在室温下球磨反应一段时间；反应完成后，固体粉末经酸洗、水洗、干燥后得到本发明所述的炔碳纳米材料。

该方法中，所用碳化钙为预先粉碎的100-150目的电石粉末。

所述多卤代烃化学式中的碳原子数1-14，取代卤原子数为2-30，多卤代烃可以为多卤代烷烃、多卤代不饱和烃、多卤代芳烃等，其化学式为C_mX_n1H_n2，m＝1-14,n₁＝2-30,n₂为卤代烃所需要的平衡H原子个数，优选四氯化碳、六氯乙烷、四氯乙烯、六氯苯、六溴苯与十溴二苯乙烷中的一种或几种

所述碳化钙与多卤代烃的用量关系为：钙与卤素的摩尔比为(1-3)：2，优选1.5:2。

所述球磨机包括各类能提供足够比机械能的球磨设备，包括但不限于震动式球磨机、搅拌式球磨机、滚筒式球磨机和行星式球磨机。

本发明提供的利用机械化学原理合成炔碳纳米材料的新方法，反应原料廉价易得，反应条件温和，反应设备简单，反应工艺简便。生成的炔碳材料质地均匀，物化性质优良，具有良好的孔结构在能源、催化、环保等领域具有重要而广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例1-6所制备炔碳材料的电镜图(SEM)

图2为实施例1-6所制备炔碳材料的透射电镜图(TEM)

图3为实施例1-6所制备炔碳材料的EDS元素分析图。

图4为实施例1-6所制备炔碳材料的X射线衍射图(XRD)。