[发明专利]表面功能化碳质颗粒、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种制备表面官能化碳颗粒的方法，包括以下步骤：

a)在气密性密封反应器中向非石墨碳质材料施加机械力，其中基于碳质材料的总重量，所述气密性密封反应器中的氧含量低于0.5wt％；和

b)通过受控氧化使所获得的改性碳颗粒官能化，其中通过仪器气体分析法测定，进行所述受控氧化直至所得碳颗粒的氧含量为至少0.6wt％；

可选地，其中进行所述方法直至

i)通过仪器气体分析法测定，所得颗粒的氧含量大于0.8wt％；和/或

ii)包含所得颗粒的水性分散体的pH低于5.5，或低于5.3，或低于5.0；和/或

iii)将包含所得颗粒的水性分散体的pH降低至少0.4pH单位，或至少0.6pH单位，或至少0.8pH单位。

2.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述方法直至

i)通过仪器气体分析法测定，所得颗粒的氧含量大于1wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述方法直至

i)所得颗粒的BET SSA为100m²/g-500m²/g；和/或

ii)所得颗粒的二甲苯密度为1.65g/cm³-2.1g/cm³；或1.85g/cm³-2.00g/cm³；或1.95g/cm³-2.00g/cm³；和/或

iii)所得颗粒的吸油量为70-300ml/100g；和/或

iv)所得颗粒的铅吸收量为2500ppm-40000ppm；和/或

v)在低于580℃或低于570℃的起始温度下，通过热重分析，所得颗粒表现出5wt％的质量损失。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所得颗粒的特征在于

i)粒度分布具有1.0μm-8.0μm的D₅₀值；和/或

ii)粒度分布具有12μm-70μm的D₉₀值；和/或

iii)粒度分布具有0.4μm-1.5μm的D₁₀值；和/或

iv)DFT中孔面积/BET SSA比率低于0.15，或低于0.12，或低于0.10；和/或

v)DFT微孔面积/BET SSA比率大于0.25，或大于0.30，或大于0.32。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所得颗粒的特征在于

i)粒度分布具有1.0μm-5.0μm的D₅₀值。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所得颗粒的特征在于

ii)粒度分布具有15μm-40μm的D₉₀值。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所得颗粒的特征在于

iii)粒度分布具有0.5μm-1.2μm的D₁₀值。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

i)步骤a)中的处理时间为10h-60h，或15h-50h；和/或

ii)在进行步骤b)之前，将来自步骤a)的产物在所述气密性密封反应器中保持至少15min，或至少30min，或至少45min；和/或

iii)官能化步骤b)涉及将从步骤a)中获得的颗粒暴露于含有少于20vol％或少于15vol％或少于10vol％的氧气和/或含氧气体的气氛；可选地，其中步骤b)中的受控氧化在空气、湿气、氧气，其他氧化气体和/或氧化液体的存在下进行，其中所述氧化气体是NO_x、臭氧或二氧化碳，并且所述氧化液体是过氧化氢或硝酸。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤a)中使用的非石墨碳质材料选自碳黑、石油焦炭、煅烧石油焦炭、针状焦炭、煤焦油基焦炭、无烟煤、煅烧无烟煤、衍生自聚合物的焦炭、生物质、热解碳、及其混合物。