一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于炭微球材料制備技術領域，具體涉及一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法。
【背景技術】
[0002]碳材料因具有較好的導電、導熱性能可被應用到鋰離子電池、催化劑載體等領域。隨著富勒烯、碳納米管的發現更是掀起了人們對碳材料的廣泛關注，特別是球形碳材料，以其優良的性能從諸多碳材料中脫穎而出。與煤基和瀝青基等不可再生資源作為原材料相比，高分子基炭微球因其制備材料綠色可再生，對環境污染較小，引起大量研宄和關注。
[0003]王慶等在“熱解硬碳材料及其制備方法和用途”(ZL01807830.3)中，將炭前驅體(如纖維素、淀粉等)與溶劑混合配制成均相分散體系后置于壓力容器中液相脫水，經洗滌、過濾、干燥、炭化得到熱解硬炭微球材料。陳明鳴等在“淀粉基炭微球的制備方法”(ZL200710150251.8)中，將淀粉類炭前驅體(如:禾谷類淀粉、薯類淀粉、豆類淀粉等)在加熱爐中以氧化氣氛進行氧化處理后轉入炭化爐，在惰性氣體保護下高溫熱處理，冷卻后得到淀粉基炭微球。
[0004]但目前用于合成炭微球的高分子碳源多為純糖類物質，其本身作為一種工業產品，應用其制備功能性炭微球材料存在生產成本高、原材料來源過程復雜、經濟效益不顯著等問題。且上述工藝或需要高溫或需要有機溶劑，無法實現綠色制備。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，以農林廢棄物油茶籽殼作為炭前驅體通過低溫水熱炭化制備。該方法具有原料來源廣泛、價格低廉、制備過程簡單綠色、生產成本低的特點。
[0006]本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征包括如下過程:
(1)以粒徑為2-74μm的油茶籽殼粉末為原料；將原料與去離子水以1:30~1:25(w/v,g/ml)比例混合，混合6h以上，后轉入不銹鋼反應釜中，通入氮氣或氬氣等惰性氣體除氧后將反應釜放入230 (±10) °C鼓風干燥箱恒溫反應ll~16h;
(2)將反應釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒，取出固體，依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用30%的乙醇-水溶液在55~65°C下微波-超聲提取至少3次，每次至少30min，將混合物進行真空抽濾得到固體，然后在60°C真空干燥箱中烘干得炭微球，相對真空度低于-0.015MPa。
[0007]本發明具有有如下優點:制備原料來源于一種我國南方特有的且種植大量的油料作物一油茶加工過程的副產物，即油茶籽殼，它是一種來源廣泛、價格低廉的綠色可再生資源。本發明的生產工藝簡單，所得到炭微球在水和乙醇中均具有良好分散性；整個過程無需任何有毒有害試劑，完全實現綠色制備。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明實施例1所制備的炭微球的掃描電鏡(SEM)圖片。
[0009]圖2是本發明實施例2所制備的炭微球的SEM圖片。
[0010]圖3是本發明實施例3所制備的炭微球的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
將1.0g油茶籽殼粉末加入到30ml去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌混合6h，后轉入50ml不銹鋼反應釜中，通入氮氣除氧后將反應釜放入230°C鼓風干燥箱恒溫反應12h。將反應釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒，取出固體，依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用30%的乙醇-水溶液在60°C下微波-超聲條件下提取3次，每次30min。將混合物進行真空抽濾得到固體，然后在60°C真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒徑約為700nm，產率為32.5%，用BET方法測定炭微球的比表面積為57.3 m2/g,真密度為 0.197g/cm3。
[0012]實施例2
將2.0g油茶籽殼粉末加入到60ml去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌混合6h，后轉入10ml不銹鋼反應釜中，通入氮氣除氧后將反應釜放入230°C鼓風干燥箱恒溫反應12h。將反應釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒，取出固體。依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用30%的乙醇-水溶液在60°C下微波-超聲提取3次，每次30min。將混合物進行真空抽濾得到固體，然后在60°C真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒徑約為700 nm,產率為34.5%，用BET方法測定炭微球的比表面積為55.3m2/g,真密度為 0.20 g/cm3。
[0013]實施例3
將1.0g油茶籽殼粉末加入到30ml去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌混合6h，后轉Λ 50ml不銹鋼反應釜中，通入氮氣除氧后將反應釜放入230°C鼓風干燥箱恒溫反應16h。將反應釜自然冷卻至室溫，將上層液體傾倒。取出固體，依次用去離子水和無水乙醇超聲清洗至洗滌液無色，然后用30%的乙醇-水溶液在60°C下微波-超聲提取3次，每次30min。將混合物進行真空抽濾得到固體，然后在60°C真空干燥箱中烘干得炭微球。所得炭微球的平均粒徑約為500nm，產率為34.3%，用BET方法測定炭微球的比表面積為56.lm2/g，真密度為0.203 g/cm3。
【主權項】
1.一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于方法步驟如下: (1)首先稱取一定量的油茶籽殼粉末，與水以一定比例超聲混合均勻，加入到反應釜中，通惰性氣體除氧，將反應釜放入220-240°C鼓風干燥箱恒溫反應一定時間，自然冷卻至室溫; (2)將固體產物用溶劑反復清洗至洗滌液無色，然后進行索氏洗提；最后再使用超聲-微波協同萃取洗提，隨后將混合物進行真空抽濾，將所得固體在真空干燥箱中烘干得到炭微球。
2.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，所采用的油茶籽殼粉末粒徑為2~74Mm。
3.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，所采用的油茶籽殼與水的固液比例為1:30~1:25 (w/v, g/ml)，所用水為去離子水。
4.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，所通入的除氧惰性氣體為氮氣或氬氣。
5.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，恒溫反應時間為11~16 ho
6.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，清洗從反應釜中取出的固體產物的溶劑為去離子水和無水乙醇。
7.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，超聲-微波協同洗提溶劑為30%的乙醇-水溶液，超聲-微波協同洗提溫度為55~65°C，超聲-微波協同洗提時間為25~30min，至少3次。
8.根據權利要求1所述的一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，其特征在于，真空干燥溫度為55~65°C，相對真空度低于-0.015MPa。
【專利摘要】本發明公開了一種基于生物質基的水熱碳化制備炭微球的方法，該方法為：以油茶籽殼粉末為原料；將原料與去離子水攪拌混合，超聲后轉入不銹鋼反應釜中，通入惰性氣體除氧，將反應釜放入鼓風干燥箱恒溫反應冷卻至室溫，將上層液體傾倒。將固體取出，依次用去離子水和乙醇超聲清洗至洗滌液無色，隨后用乙醇-水溶液微波-超聲提取。將混合物進行真空抽濾，在真空干燥箱中烘干得炭微球。本發明的優點在于；原料為生物質廢棄物，來源廣泛、價格低廉；微球制備過程簡單綠色，整個過程不需要任何有毒有害試劑；所得微球粒徑均勻，有利于之后的使用；生產成本較低，易于實現規模化生產。
【IPC分類】C01B31-02
【公開號】CN104671229
【申請號】CN201510034727
【發明人】郭會琴, 顏流水, 舒婷, 李可心, 劉宇, 畢晨陽
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月24日