一种碳材料的制备方法技术

本发明专利技术以塑料和/或回收塑料作为碳源材料，在无机模板粒子催化作用下，通过燃烧反应制备碳材料，方法简便，制备得到的碳材料尺寸可控，并且产率较高。另外，本发明专利技术利用塑料，特别是回收塑料作为制备碳材料的碳源，原料来源极其丰富，价格低廉，并且还可以为回收有机聚合物的再利用提供新的途径。并且，原料的混合设备以及加热设备简单易得，易于实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，具体涉及。
技术介绍
零维、一维、二维和三维碳材料具有良好的化学稳定性、热稳定性、优良的导电和导热性、较大的比表面积和较低的密度，是一种具有广泛应用前景的材料。目前零维、一维、二维和三维碳材料已被广泛应用于生物、环境、能源、催化和复合材料等领域。 零维、一维、二维和三维碳材料通常采用电弧放电法、激光蒸发法、电化学气相沉积法及催化合成法制备。这些方法中碳源通常是有机碳氢小分子，比如甲烷、乙烯和乙炔坐寸。 另外，在制备零维、一维、二维和三维碳材料的过程中，也可以采用有机聚合物作为碳源材料。Jiang Gong报道了用聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯混合物作为碳源，四氧化三钴和有机改性蒙脱土作为催化剂制备核壳结构的钴一碳球，提纯后得到中空碳球，可以控制添加的四氧化三钴的量来控制中空碳球的大小(Jiang Gong, Jie Liu, ZhiweiJiang, Xuecheng Chen,Xin Wen, Ewa Mijowska, Tao Tang.Converting mixed plasticsinto mesoporous hollow carbon spheres with controllable diameter.AppliedCatalysis B:Environmental 152 - 153 (2014) 289 - 299)。然而四氧化三钴比较贵，同时钴离子的毒性较大；此外制备的中空碳球形状不均匀，不能控制尺寸大小。 Xuecheng Chen报道了用醋酸钴和有机改性蒙脱土作为催化剂，聚丙烯作为碳源制备中空碳球(Xuecheng Chen, Hang Wang, Junhui He.Synthesis of carbon nanotubesand nanospheres with controlled morphology using different catalyst precursors.Nanotechnology 19(2008)325607)。但是制备的中空碳球尺寸不能调控、产率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种零维、一维、二维和三维碳材料的制备方法，采用本专利技术所提供的制备方法得到的零维、一维、二维和三维碳材料尺寸可控，产率高。 本专利技术提供了，其特征在于，包括以下步骤: A)将塑料与无机模板粒子混合，加热，得到无机模板粒子一碳复合物； B)将所述无机模板粒子一碳复合物与酸混合，进行反应，得到碳材料。 优选的，所述塑料包括回收塑料。 [0011 ] 优选的，所述塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚已内酯、聚碳酸酯、氯化聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁二酸丁二醇酯中的一种或多种。 优选的，所述无机模板粒子为硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、硝酸镁、硝酸钙、硝酸铝、氯化镁、氯化钙、氯化铝、碱式碳酸镁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钛、氧化铬、氧化猛、氧化钥、氧化银、云母、娃藻土、滑石粉、高岭土、蛭石、水镁石、膨润土、埃洛石、层状双亲金属氧化物、海泡石和拟薄水铝石中的一种或多种。 优选的，塑料与无机模板粒子的质量比为(5?95): (95?5)。 优选的，所述酸为氢氟酸或盐酸。 优选的，所述碳材料的碳层厚度为0.3纳米?20微米。 优选的，所述塑料与无机模板粒子按照如下方法混合: 将塑料与无机模板粒子置于球磨机中，在转速50?200转/分的条件下搅拌混合5?15分钟，得到塑料-无机模板粒子混合物。 优选的，步骤A)中所述加热的温度为500°C?1000°C。 优选的，将所述无机模板粒子一碳复合物与酸混合，进行反应后，还包括回流的步骤。 与现有技术相比，本专利技术提供了，包括以下步骤:A)将塑料与无机模板粒子混合，加热，得到无机模板粒子一碳复合物；B)将所述无机模板粒子一碳复合物与酸混合，进行反应，得到碳材料。本专利技术以塑料和/或回收塑料作为碳源材料，在无机模板粒子催化作用下，通过燃烧反应制备碳材料，方法简便，制备得到的碳材料尺寸可控，并且产率较高。另外，本专利技术利用塑料，特别是回收塑料作为制备碳材料的碳源，原料来源极其丰富，价格低廉，并且还可以为回收有机聚合物的再利用提供新的途径。 结果表明，采用本专利技术制备方法制备得到的碳材料的几何尺寸为5纳米?150微米，得率为10%?30%。 【附图说明】 图1为实施例1制备得到的零维的中空碳球的投射电镜照片； 图2为实施例3制备得到的一维的中空梭形碳的投射电镜照片； 图3是实施例5得到的二维的碳纳米薄片的投射电镜照片； 图4为实施例7得到的三维的中空立方体碳的投射电镜照片。 【具体实施方式】 本专利技术提供了，其特征在于，包括以下步骤: A)将塑料与无机模板粒子混合，加热，得到无机模板粒子一碳复合物； B)将所述无机模板粒子一碳复合物与酸混合，进行反应，得到碳材料。 本专利技术首先将塑料与无机模板粒子混合，得到塑料-无机模板粒子混合物。 在本专利技术中，所述塑料与无机模板粒子优选按照如下方法混合: 将塑料与无机模板粒子置于球磨机中，在转速50?200转/分的条件下搅拌混合5?15分钟，得到塑料-无机模板粒子混合物。 所述塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚已内酯、聚碳酸酯、聚氯化聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁二酸丁二醇酯中的一种或多种，优选为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、氯化聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。所述塑料优选包括回收塑料，可以包括一部分回收塑料，也可以全部是回收塑料。本专利技术利用塑料，特别是回收塑料作为制备碳材料的碳源，原料来源极其丰富，价格低廉，并且还可以为回收有机聚合物的再利用提供新的途径。 本专利技术所述的无机模板粒子包括零维无机模板粒子、一维无机模板粒子、二维无机模板粒子或三维无机模板粒子。其中，所述零维无机模板粒子的形貌为球形或近似球形；所述一维无机模板粒子的形貌为棒状、类似棒状、管状或类似管状；所述二维无机模板粒子的形貌为片层状或者类似片层状；所述三维无机模板粒子的形貌为立方体、正方体、近似立方体的形貌、或近似正方体的形貌。本专利技术以不同形貌的无机模板粒子为模板，可以制备得到零维、一维、二维或三维的碳材料。 所述无机模板粒子为非金属氧化物、金属氧化物、金属氢氧化物、碱式碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、卤化物、硫化物、磷酸盐、硅酸盐、硼化物和氮化物中的一种或多种，优选为硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、硝酸镁、硝酸钙、硝酸铝、氯化镁、氯化钙、氯化铝、碱式碳酸镁、氢氧化镁、氢氧化韩、氢氧化招、氧化镁、氧化韩、氧化钛、氧化铬、氧化猛、氧化钥、氧化银、云母、硅藻土、滑石粉、高岭土、蛭石、水镁石、膨润土、埃洛石、层状双亲金属氧化物、海泡石和拟薄水铝石中的一种或多种，更优选为碱式碳酸镁、氢氧化钙、氧化钙、滑石粉、高岭土、5A分子筛或3A分子筛。所述无机模板粒子的几何尺寸为2纳米?200微米，优选为10纳米?5微米。 在本专利技术中，所述塑料与无机模板粒子的质量比为(10?90): (90?10)，优选为(1?5):(1?3)，更优选为1:1。 本专利技术将所述塑料-无机模板粒子混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将塑料与无机模板粒子混合，加热，得到无机模板粒子－碳复合物；B)将所述无机模板粒子－碳复合物与酸混合，进行反应，得到碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: A)将塑料与无机模板粒子混合，加热，得到无机模板粒子一碳复合物； B)将所述无机模板粒子一碳复合物与酸混合，进行反应，得到碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述塑料包括回收塑料。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、聚已内酯、聚碳酸酯、氯化聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丁二酸丁二醇酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机模板粒子为硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝、硝酸镁、硝酸钙、硝酸铝、氯化镁、氯化钙、氯化铝、碱式碳酸镁、氢氧化镁、氢氧化隹丐、氢氧化招、氧化镁、氧化韩、氧化钛、氧化铬、氧化猛、氧化钥、氧化银、云母、娃藻土、滑石粉、高岭土、蛭石、水镁石、膨润土、埃洛石、层状双...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涛，龚江，问研良，刘杰，姜治伟，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22