聚丙烯腈基炭微納米球及其制備方法
炭材料因其具有豐富的組織結(jié)構(gòu)和許多優(yōu)異的性能而獲得了廣泛的應(yīng)用,焦炭、炭黑、活性炭、炭纖維等炭材料早已深入到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域并為人們所熟知,炭富勒烯及炭納米管的發(fā)現(xiàn)引起了人們對(duì)納米級(jí)炭材料的研究熱潮。炭元素同時(shí)可以形成球狀結(jié)構(gòu),粒徑大小范圍從幾十納米至幾十微米間的球形炭材料,由于具有耐熱、耐化學(xué)腐蝕性、強(qiáng)度高、粒徑大小及比表面積可調(diào),可在吸附、儲(chǔ)能儲(chǔ)氣、納米器件、催化劑載體、潤(rùn)滑劑等方面得到廣泛的應(yīng)用。 從瀝青制備炭微球已為人們所熟知,具體方法有直接熱縮聚法、液相乳化法、懸浮法,所得到的炭球粒徑一般在幾十到上百微米。近年來(lái)興起了一些新的制備炭微球及納米球的方法,如加壓炭化法、電弧放電法、氣相沉積法、熱解法等,極大的豐富了炭微球及納米球的制備工藝。然而,這些方法總是存在這樣或那樣的局限性,如工藝繁瑣、收率低、產(chǎn)品不均一、成本高等。 本技術(shù)提供一種單純以聚丙烯腈為前驅(qū)體的生產(chǎn)炭微納米球的方法,該方法直接以聚丙烯腈球?yàn)榍膀?qū)體制備炭納米球,無(wú)需共聚或包覆其它需去除性物質(zhì)。該方法工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)率高,適于大規(guī)模生產(chǎn)。 具體工藝包括: 1.聚丙烯腈球的無(wú)皂乳液聚合 將單體丙烯腈、無(wú)離子水以一定比例混合,氮?dú)獗Wo(hù)下劇烈攪拌以除去空氣,然后升溫,加入引發(fā)劑進(jìn)行乳液聚合,反應(yīng)2~8h,得到白色聚丙烯腈乳液;將該乳液冷凍干燥后得到粒徑為150~500nm的聚丙烯腈球的白色粉末。 2.聚丙烯腈球的穩(wěn)定化 將步驟(1)得到的聚丙烯腈微納米球粉末置于鼓風(fēng)干燥箱中,程序升溫,在180~350℃進(jìn)行預(yù)氧化穩(wěn)定化處理,氧化時(shí)間為1~10h,得到棕色或黑色聚丙烯腈微納米球。 3.聚丙烯腈球的高溫炭化 將步驟(2)得到的穩(wěn)定化后的聚丙烯腈球在惰性氣體保護(hù)下于700~1500℃程序升溫,進(jìn)行炭化處理0.5~5h,得到黑色聚丙烯腈基炭微納米球。 球徑可控且純度極高,無(wú)需分離等后續(xù)工藝。如果進(jìn)一步石墨化可獲得微納米石墨球。
上海理工大學(xué)
2021-04-11