一种富酸基球形碳材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种富酸基球形碳材料的制备方法，包括如下步骤：以糖类或聚乙烯醇为碳模板剂，与有机酸混合，溶于去离子水中，得到无色透明溶液。将无色透明溶液转移到不锈钢反应釜中，在160-210℃的条件下反应18-24h得到产物，将产物经过滤、洗涤、干燥后得到一次酸化的球形碳材料；将一次酸化的球形碳材料置于马弗炉中，在200-450℃的条件下反应3-10h，反应完成后得到产物，将产物洗涤至中性过滤，经干燥后得到二次酸化的球形碳材料。本发明专利技术方法简捷，方便即可制备出特殊形貌、高酸度易于功能化的球形碳材料，所得产品具有较高的酸度和较好的球型形貌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将球形碳材料富酸化的方法，得到含多羧基、多羟基球形碳的材料，可以进一步功能化，属于无机非金属材料制备方法
。
技术介绍
自从1985年Kroto等发现富勒烯、1991年Iijima发现纳米碳管以来,在世界范围内便开展了对碳素材料的全面研究。球形碳材料的发现是在20世纪60年代，人们在研究焦炭的形成过程中发现浙青类化合物在热处理过程中会发生中间相转变，生成中间相小球。1973年，Honda和Yamada把中间相小球从浙青母体中分离出来,并把分离出来的微米级球形碳材料称之为中间相碳微球(mesocarbon microbeads, MCMB)。由于中间相碳微球具有许多优异的性能，如自烧结性能、化学惰性、高堆积密度、优良的导电和导热性等，可被用作高密高强碳材料、高性能液相色谱柱填料、催化剂载体、超高比表面积活性炭和锂离子二次电池负极材料等。具有独特结构、不同形貌及基团的碳材料，由于在上述多个领域中具有的潜在应用价值， 已经引起了广泛的关注。目前，合成的球形碳材料中普遍含酸性基团少，不利于进一步功能化，有必要通过新方法来优化相关球形碳材料结构及其自身性质。虽然，材料表面活化是一个比较成熟的技术过程，但因碳材料表面具有较低的反应性，以及碳材料富酸化过程中的腐蚀反应发生，使得碳材料富酸化过程条件也显得较为苛刻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，通过较为方便的方法制备出高酸度易于功能化的球形碳材料，所得产品具有较高的酸度和较好的球形形貌。本专利技术为达到上述目的所采用的技术方案为:，包括如下步骤:I)以糖类或聚乙烯醇为碳模板剂，与有机酸混合，溶于去离子水中，得到无色透明溶液；2)将无色透明溶液转移到不锈钢反应釜中，于160-210°C的条件下，溶剂热反应18-24h得到产物，产物经过滤、洗涤、干燥后得到一次酸化的球形碳材料；3)将一次酸化的球形碳材料置于马弗炉中，在200_450°C的条件下反应3_10h，反应完成后得到产物，产物经洗涤至中性、过滤、干燥后得到二次酸化的球形碳材料，即目标产物。上述的富酸基球形碳材料的制备方法，所述糖类为葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、纤维素、麦芽糖或淀粉。上述的富酸基球形碳材料的制备方法，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸、草酸、丙烯酸、苯甲酸、水杨酸、咖啡酸、丙二酸、己二酸或羟乙基磺酸的一种或两种以上的混口 O上述的富酸基球形碳材料的制备方法，碳模板剂与有机酸的质量比为1:0.1-2.5。上述的富酸基球形碳材料的制备方法，每克碳模板剂，加入7ml-24ml去离子水。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果:本专利技术原料廉价、工艺简便，所得碳材料不仅拥有球形碳材料的性质，特别具有较高的酸度，通过本专利技术的方法得到的一次酸化球形碳材料的酸度为3.7-5.lmmol/g,得到的二次酸化球形碳材料的酸度为6.1-7.2mmol/g，提高了材料在溶液中的分散能力和链接其他活性基团参与反应的可能性，为进一步功能化打下了基础。本专利技术反应基本条件为水热反应，具有简便、温和、绿色的优势。【附图说明】图1为实施例1本专利技术方法制备的二次酸化的球形碳材料的扫描电镜。图2为实施例1对比实验制备的非酸化的球形碳材料-2的扫描电镜。图3为实施例1本专利技术方法制备的一次酸化的球形碳材料和对比实验制备的非酸化的球形碳材料-1的红外光谱图；图中，a:对比实验的非酸化的球形碳材料-1 ；b:本专利技术一次酸化的球形碳材料。图4为实施例1本专利技术方法制备的二次酸化的球形碳材料和对比实验制备的非酸化的球形碳材料-2的红外光谱图；图中，a:对比实验的非酸化的球形碳材料-2 ；b:本专利技术二次酸化的球形碳材料。 图5为实施例1本专利技术方法制备的二次酸化的球形碳材料和对比实验制备的非酸化的球形碳材料-2的X射线粉末衍射图谱；图中，B:对比实验的非酸化的球形碳材料-2 ；D:本专利技术二次酸化的球形碳材料。图6为实施例1制备的二次酸化的球形碳材料和对比例制备的非酸化的球碳材料-2的热失重图谱；图中，B:对比实验的非酸化的球形碳材料-2 ；D:本专利技术二次酸化的球形碳材料。【具体实施方式】以下结合实施例，对本专利技术作进一步具体描述，但不局限于此。下列实施例中所采用的化学药品皆为市售化学品。实施例1 (一)本专利技术制备方法I)将1.65g葡萄糖与0.5357g酒石酸加入到12ml的去离子水中，在室温下搅拌，使其混合均匀，成无色透明溶液。2)将无色透明溶液转移到15ml的高压反应釜中，于200°C条件下反应18h。将反应后得到产物冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇洗至中性，在70°C下干燥得一次酸化的球形碳材料。3)将所得一次酸化的球形碳材料于马弗炉中在280°C的条件下反应5h。将反应后得到产物冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇洗至中性，在80°C下干燥得二次酸化的球形碳材料，即为目标产物富酸基球形碳材料。(二)对比实验I)将1.65g的葡萄糖溶于12ml的去离子水中，在室温下搅拌，使其混合均匀，成无色透明溶液。2)将该无色透明溶液转移到15ml的高压反应釜中，于200°C条件下反应18h，将反应后得到产物冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇洗至中性，在70°C下干燥得非酸化的球形碳材料-1。3)将非酸化的球形碳材料-1于马弗炉中280°C的条件下反应5h。将反应后得到产物冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇洗至中性，在80°C下干燥得非酸化的球形碳材料-2。(三)测试结果1、对本专利技术的方法制备得到的目标产物富酸基球形碳材料(即，经酒石酸修饰的二次酸化的球形碳材料)和对比实验中制备得到的非酸化的球形碳材料-2分别进行扫描电子显微镜(SEM)测试，测试结果如图1和图2所示，从图1可见，本专利技术的方法中，酒石酸参与了碳球的成核反应，反应后的富酸基球形碳材料的碳球直径明显变大，平均5-8 μ m。从图2可见，非酸化的球形碳材料_2，其碳球直径平均为1.5 μ m。2、酸度检测方法:通过酸碱滴定法测得球形碳材料的酸度。具体步骤为:将富酸基球形碳材料分散在NaOH溶液中，搅拌24h，取一定量的混合溶液，以酚酞为指示剂，用稀盐酸进行反滴定。经检测，本专利技术制备的二次酸化的球形碳材料的酸度为7.2mmol/g ;而对比试验制备的非酸化的球形碳材料-2的酸度为3.7mmol/g03、对本专利技术方法制备得到的经酒石酸修饰的一次酸化的球形碳材料(b)和对比实验中制备得到的非酸化的球形碳材料-1 (a)进行红外谱图(IR)测试，测试结果如图3所示，由图3可知，3400Ccm-1左右对应于-OH的吸收峰，1030cm_1左右对应于C-O-H的吸收峰，此二峰表明此碳球表面存在大量-OH。2920cm-1附近的小峰是由C-H伸缩振动造成。1701cm-1左右对应C = O的伸缩振动，1601cm-1是由共扼烯烃骨架振动造成的。1030cm-1峰的存在表明葡萄糖在水解过程中产生了芳香化。b谱图比a谱图在1159cm-11处振动吸收明显增强。4、对本专利技术方法制备得到的经酒石酸修饰的二次酸化的球形碳材料(b)和对比实验中制备得到的非酸化的球形碳材料-2 (a)进行红外谱图(IR)测试，测试结果见附图4，由图4和图3对比可知，经过进一步碳化后500-lOOOcm-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种富酸基球形碳材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)以糖类或聚乙烯醇为碳模板剂，与有机酸混合，溶于去离子水中，得到无色透明溶液；2)将无色透明溶液转移到不锈钢反应釜中，于160‑210℃下，反应18‑24h得到产物，产物经过滤、洗涤、干燥后得到一次酸化的球形碳材料；3)将一次酸化的球形碳材料置于马弗炉中，在200‑450℃的条件下反应3‑10h，反应完成后得到产物，产物经洗涤至中性、过滤、干燥后得到目标产物。

【技术特征摘要】
1.一种富酸基球形碳材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: 1)以糖类或聚乙烯醇为碳模板剂，与有机酸混合，溶于去离子水中，得到无色透明溶液； 2)将无色透明溶液转移到不锈钢反应釜中，于160-210°C下，反应18-24h得到产物，产物经过滤、洗涤、干燥后得到一次酸化的球形碳材料； 3)将一次酸化的球形碳材料置于马弗炉中，在200-450°C的条件下反应3-10h，反应完成后得到产物，产物经洗涤至中性、过滤、干燥后得到目标产物。2.根据权利要求1所述的富酸基球形碳材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向东，付艳坤，王丽霞，葛春华，关宏宇，李树谨，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21