刺猬状碳纳米球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种刺猬状碳纳米球及其制备方法和应用。该刺猬状碳纳米球包括碳纳米颗粒和生长在所述碳纳米颗粒表面的若干碳刺，所述碳纳米颗粒和碳刺使得所述碳纳米球呈刺猬状。该碳纳米球制备方法包括对空反应抽真空并通入保护性气体、的步骤。该碳纳米球由于在碳纳米颗粒表面生长有若干碳刺而呈刺猬状，从而使得该碳纳米球具有丰富的表面以及较大的比表面积，而且其颗粒尺寸均匀。其制备方法工艺简单，条件易控，生产效率高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种刺猬状碳纳米球及其制备方法和应用。该刺猬状碳纳米球包括碳纳米颗粒和生长在所述碳纳米颗粒表面的若干碳刺，所述碳纳米颗粒和碳刺使得所述碳纳米球呈刺猬状。该碳纳米球制备方法包括对空反应抽真空并通入保护性气体、的步骤。该碳纳米球由于在碳纳米颗粒表面生长有若干碳刺而呈刺猬状，从而使得该碳纳米球具有丰富的表面以及较大的比表面积，而且其颗粒尺寸均匀。其制备方法工艺简单，条件易控，生产效率高。【专利说明】刺猬状碳纳米球及其制备方法和应用
本专利技术属于碳材料
，具体涉及一种刺猬状碳纳米球及其制备方法和应用。
技术介绍
目前碳材料从零维C6tl、一维碳纳米管、二维石墨烯到三维石墨都有很多相关的研究。其中碳微粒由于机械特性、耐药品性、耐热性、耐摩耗性、导电性优异而被广泛用于例如耐热填料、复合材料的强化剂、填充剂、吸附剂、汽车部件、电机部件、产业机械等的用途。当前，为了对该碳微粒赋予功能性如为了提高比表面积而在内部具有空孔的多孔质碳微粒等己受到人们关注。具体地，作为在内部具有空孔的多孔质碳微粒的代表的活性碳，利用其细孔而在吸着剂、分子筛碳材、水处理剂、空气净化剂、催化剂和电容器电极等广泛领域已被工业化。活性碳，通过将作为原料的碳微粒利用水蒸气等气体进行激活处理、和利用氢氧化钾等药品进行激活处理，就可获得，但要控制其细孔径则会有困难。由于活性碳的功能根据其细孔径的大小、和容量(比表面积)而不同，形成任意的孔径的技术是重要的。进而，粒子形状、粒径和窄粒径分布的控制等对活性碳的质量提高方面也受到重视。作为其现有一方法，是公开了将以苯乙烯等会热分解的聚合物作为芯，而以聚丙烯腈等的碳前体聚合物作为壳的芯壳微粒进行烧成，从而获得中空碳微粒的方法。通过此方法得到的中空碳微粒，中空结构的直径较大，为碳微粒的直径的20%以上，所以不具有足够的比表面积，又由于是使用乳化聚合体系制造的，所以存在使粒径的控制范围限制在0.5 μ m以下的课题。另外，也公开了一·种将富勒烯等中空结构的碳材料与碳前体通过熔融混炼进行分散，然后进行粉碎处理，且经由烧成、激活处理而获得活性碳的方法。该方法由于实施粉碎处理，所以活性碳的形状不规则，存在粒径分布宽的问题。因此，无论采用现有哪种方法进行制备碳微粒，所制备的碳微粒表面积有限，且粒径无法得到有效控制，从而影响了该碳微粒的应用。另外，通过检索，尚未发现对刺猬状碳纳米球的研究报导。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种表面丰富、球体大小均匀的刺猬状碳纳米球及其制备方法。本专利技术实施例的另一目的在于提供该刺猬状碳纳米球的应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下:一种刺猬状碳纳米球的制备方法，包括如下步骤:对反应室抽真空，然后向真空反应室中通入保护性气体；保持保护性气体的通入，将反应室加热至550~800°C，然后向反应室中通入含金属元素的有机碳源进行碳化反应10~120min，待碳化反应完毕后，停止通入保护性气体和含金属元素的有机碳源，冷却，得到所述刺猬状碳纳米球。以及，一种刺猬状碳纳米球，所述刺猬状碳纳米球由上述刺猬状碳纳米球的制备方法制备而成，其包括碳纳米颗粒和生长在所述碳纳米颗粒表面的若干碳刺。以及，上述刺猬状碳纳米球在吸着剂、分子筛碳材、水处理剂、空气净化剂、催化剂和污水处理领域中的应用。上述刺猬状碳纳米球制备方法利用金属元素的有机碳源为原料进行碳化制备，避免了另外添加碳化催化剂的步骤，有效简化了其工艺，降低其生产成本，而且条件易控，合格率高。利用该方法制备的刺猬状碳纳米球在碳纳米颗粒表面生长有丰富的碳刺，赋予了该刺猬状碳纳米球较大的比较面积，而且利用该方法制备的刺猬状碳纳米球尺寸均匀。正是由于制备的刺猬状碳纳米球具有较大的比较面积和均匀的尺寸，有效扩大了其应用范围。【专利附图】【附图说明】下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中:图1为本专利技术实施例1制备刺猬状碳纳米球的SEM图；图2为本专利技术实施例刺猬状碳纳米球的制备方法流程图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 本专利技术实施例提供工艺简单、生产效率高的刺猬状碳纳米球的制备方法，包括如下步骤:步骤S01.对空反应抽真空并通入保护性气体:对反应室抽真空，然后向真空反应室中通入保护性气体；步骤S02.向反应室中通入含金属元素的有机碳源进行碳化反应:保持保护性气体的通入，将反应室加热至550~800°C，然后向反应室中通入含金属元素的有机碳源进行碳化反应10~120min，待碳化反应完毕后，停止通入保护性气体和含金属元素的有机碳源，冷却，得到所述刺猬状碳纳米球。具体地，上述步骤SOl中，对反应室抽真空后，优选使得其室内的真空度为0.001~lPa。该真空度可以采用机械泵、罗茨泵及分子泵逐级实现该反应室的真空度。将反应室的真空度调节至0.001~IPa后,优选保持I~30min,再关闭真空泵(如机械泵、罗茨泵及分子泵等)，然后开始向反应室内通入保护性气体。其中，该保护性气体优选从反应室底部通入，保护性气体的流速可以为200sCCm，当然还可以将保护性气体的流速设定为其他流速，本专利技术实施例对其流速没有特别限制，只要能将保证室外空气不进入即可。作为优选实施例，待保护性气体通入量使得反应室内的气压达到Iatm后，保持保护性气体的通入，打开排气孔，进一步排除反应室内的空气，以保证反应室中无杂质对刺猬状碳纳米球生成产生干扰，利于碳纳米球的生长。该步骤SOl中保护性气体优选为氮气、氩气中的至少一种。当然，如果条件允许，该保护性气体还可以采用本领域常用的其他保护性气体。该保护性气体的通入，使得其在碳化反应时起稀释碳源的作用，并控制碳纳米球粒径。上述步骤S02中，含金属元素的有机碳源在550~800°C温度下发生裂解，在裂解过程中，有机碳源中的金属元素被裂解成金属颗粒，起到碳化催化剂的作用生成金属颗粒，同时被碳化碳颗粒以该金属颗粒为生长中心而生成碳纳米微粒以及在碳纳米微粒表面生长的碳刺，从而生成呈刺猬状的碳纳米球。其中，该含金属元素的有机碳源优选为二茂铁、二茂钴、二茂镍、二茂钌中的至少一种。为了控制刺猬状碳纳米球的尺寸和碳刺的生长，该含金属元素的有机碳源的通入量优选控制在0.1~5g/min。作为优选实施例，在该步骤S02中，该含金属元素的有机碳源通反应室顶部加入，保护性气体从反应室底部加入，并通过调节保护性气体的流速，使得碳化反应生成的金属颗粒保持悬浮。这样，能提高金属颗粒与新通入的有机碳源接触的机率，从而提高碳化反应的速率，以达到提高刺猬状碳纳米球的生产效率。因此，上述刺猬状碳纳米球制备方法利用金属元素的有机碳源为原料进行碳化制备，避免了另外添加碳化催化剂的步骤，有效简化了其工艺，提高了生产效率，降低其生产成本，而且条件易控，合格率高。另外，通过对温度、反应物的通入速率的工艺条件下控制，实现对刺猬状碳纳米球表面的碳刺控制，使得该刺猬状碳纳米球表面丰富，比较面积到，尺寸大小均匀。相应地，本专利技术实例提供一种表面丰富、球体大小均匀的刺猬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刺猬状碳纳米球的制备方法，包括如下步骤：对反应室抽真空，然后向真空反应室中通入保护性气体；保持保护性气体的通入，将反应室加热至550～800℃，然后向反应室中通入含金属元素的有机碳源进行碳化反应10～120min，待碳化反应完毕后，停止通入保护性气体和含金属元素的有机碳源，冷却，得到所述刺猬状碳纳米球。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，袁新生，王要兵，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44