[发明专利]一种碳纳米混合物的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米混合物的制备方法，包括如下步骤：(1)将煤原料的块体敲碎再过筛，获得煤粉；(2)将煤粉与蒸馏水混合后进行球磨2‑4h，得到煤水混合液；(3)用环己酮对上述煤水混合液进行萃取，经烘干和研磨后，制得除杂煤原料；(4)将上述除杂煤原料与共轭双烯体混合后，在保护气氛下，加热回流反应；(5)将步骤(4)所得的物料充分洗涤，经烘干后，获得煤改性物；(6)将上述煤改性物、铁/镍和蒸馏水混合后进行球磨，然后冷干；(7)在保护气氛下，将步骤(6)所得的物料保温退火，即得所述碳纳米混合物。

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混合物的制备方法。

背景技术

煤是地球上储量最丰富的能源资源，也是焦以及各类化学品的主要来源。作为世界上第一产煤和用煤大国，我国传统煤加工转化技术如煤燃烧供热、干馏炼焦、液化制油等已日趋成熟，其基本理论与实践在Adel F.Sarofi、张德祥、谢克昌、徐旭常、张秋民、俞珠峰、王永刚、邱介山等诸多研究者坚持不懈的长期科研工作中得到了完善与发展。

目前，煤分子结构基本共识认为煤结构主体是三维空间高度交联的非晶质聚合物，其大分子结构是由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成。如图1所示，煤中分子基本结构核心单元主要为缩合芳香环，外围连接有各类烷基类侧链以及各种官能团，如羟基、羧基、环氧基等(谢克昌.煤的结构与反应性[M].科学出版社，2002.)。传统煤分子的分离提取主要集中于裂解气化、液化生产小分子化工产品，如天然气、醇醚、烯烃等。

近年来，除了以上煤的传统应用外，许多研究者也将其作为制备各种纳米碳材料，如碳纳米管、石墨烯、碳包覆材料等等。CN101033063A公开的技术方案以煤为原料、采用化学气相沉积法来大量制备多壁碳纳米管，制备过程是通过在高温下热解混有催化剂的煤粉实现的，所得的多壁碳纳米管管壁分布均匀，产率可达到克量级/h。CN 103771403A公开的技术方案将褐煤渣与强碱混合，采用微波快速加热的方式大量、快速制备多层石墨烯，制备过程中通过高温热解将褐煤渣在强碱的作用下得到多层石墨烯，但上述方法均涉及高耗能方法。因煤的结构较为复杂，煤分子结构基本共识认为煤结构主体是三维空间高度交联的非晶质聚合物，其大分子结构是由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成。从分子间结合键型来看，既有共价键，还有非定域键和分子间的色散力在起作用。要形成纳米碳结构，需打破各种碳源原有结构，使碳原子重新组合，不仅需破坏其结构中的弱键，还须破坏其结构中的共价键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种碳纳米混合物的制备方法。

本发明的原理是利用D-A反应进行的。狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alderreaction)是共轭双烯体系与烯或炔键发生环加成反应而得环己烯或1，4-环己二烯环系的反应。1928年德国化学家O.P.H.狄尔斯和K.阿尔德在研究丁二烯与顺丁烯二酐作用时发现这类反应：在这类反应中，与共轭双烯作用的烯烃和炔烃称为亲双烯体，亲双烯体上的亲电取代基和共轭双烯上的给电子取代基都有使反应加速的作用。它的基本反应可以表示为图1。根据D-A反应原理，煤可以视为亲双烯体，它可以与共轭双烯发生D-A反应。利用共轭双烯有机分子与煤结构中的双键反应，可以逐步使共轭双烯键接到煤结构上，打开煤结构上的双键，削弱煤结构中的π-π作用。被削弱了π-π作用的煤结构在高温作用下更容易向规整碳结构转化，生成各种碳纳米结构。

本发明的技术方案如下：

一种碳纳米混合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将煤原料的块体敲碎再过筛，获得煤粉；

(2)将煤粉与蒸馏水混合后进行球磨2-4h，得到煤水混合液；

(3)用环己酮对上述煤水混合液进行萃取，经烘干和研磨后，制得除杂煤原料；

(4)将上述除杂煤原料与共轭双烯体混合后，在保护气氛下，加热至共轭双烯体可形成回流的温度，回流反应5-20d；