中空碳球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中空碳球的制备方法，在炭黑反应炉中进行，所述炭黑反应炉包括燃烧室、喉管段和急冷段；方法步骤中包括：步骤S1：将燃料油通入燃烧室，待燃烧室温度调整至2000～2400℃后，将疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液，导入燃烧室；步骤S2：将混合均匀的原料油导入喉管段；步骤S3：将氯化钠水溶液经压缩空气喷入喉管段或者急冷段，而后在急冷段加入急冷水，得到炭黑；步骤S4：将炭黑浸泡于盐酸溶液中，除去氯化钠和氧化钙，然后将炭黑洗涤至PH值为6～7；步骤S5：将炭黑制备成者粒炭或粉炭，得到中空碳球。本发明专利技术可以规模化生产中空碳球，且制备方法简单。且制备方法简单。且制备方法简单。

【技术实现步骤摘要】
中空碳球的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种中空碳球领域，具体涉及一种中空碳球的制备方法。

技术介绍

[0002]中空碳球具有优良的化学稳定性及热稳定性，并且质量轻,抗压性能好，因此被广泛的应用于电极材料，储能储氢材料,吸附材料,润滑剂及催化剂载体等领域，受到了学术和工业各方面的重视。目前大部分中空碳球的研发技术还局限在实验室中，而且成本较高和制造程序繁琐复杂，且生产技术还不成熟。
[0003]中国专利CN106115690A公开了一种连续中空碳球的制备方法，此方法使用炭材料前躯体溶液或熔体，采用同轴静电纺丝制备由纤维相连的、中空结构纤维，然后在空气中预氧化，惰性气体保护下继续升温炭化、活化，得到连续的中空碳球/活性碳球，该制备方法制备的中空碳球内、外径可控，串珠密度、比表面积、孔径可控，所得中空碳球连续、纤维膜柔软，增加了材料效能，但运用的静电纺丝技术产量较低，成本较高。
[0004]中国专利CN 107673323A公开了一种自模板制备中空碳球的方法，将六氯环三磷腈和共聚单体分散于有机溶剂中，然后加入缚酸剂，在超声辅助条件下反应2～6小时，反应结束后，经离心、洗涤，得到实心聚磷腈微球；将所得的聚磷腈微球移至炭化炉中，惰性气体保护下，高温煅烧后得中空碳球，此制备方法中运用了较多的有害物质，对设备和操作要求非常高。
[0005]中国专利CN1002633248A公开了一种热塑性酚醛树脂基中空碳球的制备方法，此中空碳球的制备方法为在20～50℃下调制含有1～10wt.％分散剂的水溶液；按酚醛树脂：固化剂：分散剂水溶液的质量比为：100:3
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20:500～1500，在高压釜中搅拌并加热到110～130℃，保温0.5～3小时，然后冷却，过滤，干燥，得中空酚醛树脂球；以氮气作为保护气，中空酚醛树脂球在炭化活化炉中加热到800～1000℃后，恒温0.5～3h，同时在恒温段过程以100g中空酚醛树脂球，每小时0.1～1.2m3的水蒸气流速活化中空酚醛树脂球，冷却后即得中空碳球，球径为0.1mm～1.5mm，球形度为95％
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99％的中空碳球，过程复杂。
[0006]中国专利CN110482521A公开了一种中空碳球的制备方法，其制备步骤如下：首先制备可完全热解的交联聚合物微球；然后将沥青溶入四氢呋喃中，滤去不溶组分，得到沥青的四氢呋喃溶液；而后将交联聚合物微球通过超声或搅拌的方法浸渍到含有沥青的四氢呋喃溶液中，随后经过滤、干燥得到中空碳球的前驱体；将中空碳球的前驱体经氧化交联，然后在高温惰性气氛下热解，交联聚合物微球分解得到空腔，沥青热解炭化得到壳层碳，即制得中空碳球。
[0007]综上所述，制备中空炭黑需要有制备空腔的模板剂，此模板有自模板和其他模板剂，然后在高温下将高分子材料碳化，再去模板剂，最后形成中空碳球。上述的制备方法，均存在放大制备困难，不利于工业化生产，还存在使用不环保溶剂，实验条件要求苛刻等问题，上述方法仅适用于实验室少量制造。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种中空碳球的制备方法，它可以规模化生产中空碳球，且制备方法简单。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种中空碳球的制备方法，在炭黑反应炉中进行，所述炭黑反应炉包括燃烧室、喉管段和急冷段；方法步骤中包括：
[0010]步骤S1：将燃料油通入燃烧室，待燃烧室温度调整至2000～2400℃后，将疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液，导入燃烧室；
[0011]步骤S2：将混合均匀的原料油导入喉管段；
[0012]步骤S3：将氯化钠水溶液经压缩空气喷入喉管段或者急冷段，然后在急冷段加入急冷水，得到炭黑；
[0013]步骤S4：将炭黑浸泡于盐酸溶液中，除去氯化钠和氧化钙，然后将炭黑洗涤至PH值为6～7；
[0014]步骤S5：将炭黑制备成者粒炭或粉炭，得到中空碳球。
[0015]进一步，所述疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液的制备方法包括：
[0016]先将粉状氧化钙用粉碎机粉碎后，置于敞口的高速搅拌罐中；
[0017]然后将疏水硅烷偶联剂乙醇溶液喷洒至搅拌状态下的搅拌罐中，搅拌30～60min后，得到疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙；
[0018]再将疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙分散于甲苯溶液中，即制得疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液；其中，
[0019]粉碎前的粉状氧化钙的粒径为0.1～8μm；
[0020]和/或疏水硅烷偶联剂用量为氧化钙质量的2～4wt.％；
[0021]和/或甲苯溶液中的氧化钙含量为10～30wt.％；
[0022]和/或疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙用量为炭黑质量的4～12wt.％，所述炭黑质量是根据生产线长期的产量计算得到的。
[0023]进一步，所述疏水硅烷偶联剂乙醇溶液的制备方法包括：
[0024]将疏水硅烷偶联剂溶于乙醇中，高速搅拌均匀后，加入催化剂，高速搅拌均匀后静置5～30min，即制得疏水硅烷偶联剂乙醇溶液；其中，
[0025]疏水硅烷偶联剂乙醇溶液中，疏水硅烷偶联剂含量为5～50wt.％；
[0026]和/或催化剂为疏水硅烷偶联剂质量的0.2～1wt.％。
[0027]进一步，所述疏水硅烷偶联剂为十八烷基三氯硅烷、十六烷基三氯硅烷、辛基三氯硅烷、乙基三乙氯硅烷、甲基三氯硅烷、异丁基三氯硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷，十六烷基三乙氧基硅烷，辛基三乙氧基硅烷，乙基三乙氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷，十八烷基三甲氧基硅烷，十六烷基三甲氧基硅烷，辛基三甲氧基硅烷，乙基三甲氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷中的至少一种。
[0028]进一步，所述催化剂为弱酸性催化剂或弱碱性催化剂；其中，
[0029]弱酸性催化剂为乙酸；
[0030]弱碱性催化剂为氨水、三乙醇胺的水溶液和乙二胺水溶液中的至少一种。
[0031]进一步，所述燃料油为乙烯焦油；
[0032]和/或所述原料油为澄清油、蒽油、乙烯焦油和煤焦油中的至少一种。
[0033]进一步，所述氯化钠水溶液中氯化钠的含量为5～30wt.％；
[0034]和/或氯化钠的用量为炭黑质量的4～10wt.％，所述炭黑质量是根据生产线长期的产量计算得到的；
[0035]和/或盐酸溶液浓度为10～20wt.％。
[0036]进一步，步骤S5中包括：
[0037]步骤S51：将炭黑运送至湿法造粒机中，同时将木质素水溶液加入造粒机中；
[0038]步骤S52：进行高温干燥，干燥温度为200～300℃，干燥至加热减量低于1wt.％，即制得粒碳；将所述粒碳送入粉碎机粉碎，即制得粉碳。
[0039]进一步，以质量份数计，所述炭黑为99.7～100份，所述木质素为0～0.3份。
[0040]采用了上述技术方案后，本专利技术以疏水硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中空碳球的制备方法，其特征在于，在炭黑反应炉中进行，所述炭黑反应炉包括燃烧室、喉管段和急冷段；方法步骤中包括：步骤S1：将燃料油通入燃烧室，待燃烧室温度调整至2000～2400℃后，将疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液，导入燃烧室；步骤S2：将混合均匀的原料油导入喉管段；步骤S3：将氯化钠水溶液经压缩空气喷入喉管段或者急冷段，而后在急冷段加入急冷水，得到炭黑；步骤S4：将炭黑浸泡于盐酸溶液中，除去氯化钠和氧化钙，然后将炭黑洗涤至PH值为6～7；步骤S5：将炭黑制备成者粒炭或粉炭，得到中空碳球。2.根据权利要求1所述的中空碳球的制备方法，其特征在于，所述疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液的制备方法包括：先将粉状氧化钙用粉碎机粉碎后，置于敞口的高速搅拌罐中；然后将疏水硅烷偶联剂乙醇溶液喷洒至搅拌状态下的搅拌罐中，搅拌30～60min后，得到疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙；再将疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙分散于甲苯溶液中，即制得疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙的甲苯溶液；其中，粉碎前的粉状氧化钙的粒径为0.1～8μm；和/或疏水硅烷偶联剂用量为氧化钙质量的2～4wt.％；和/或甲苯溶液中的氧化钙含量为10～30wt.％；和/或疏水硅烷偶联剂修饰氧化钙用量为炭黑质量的4～12wt.％，所述炭黑质量是根据生产线长期的产量计算得到的。3.根据权利要求2所述的中空碳球的制备方法，其特征在于，所述疏水硅烷偶联剂乙醇溶液的制备方法包括：将疏水硅烷偶联剂溶于乙醇中，高速搅拌均匀后，加入催化剂，高速搅拌均匀后静置5～30min，即制得疏水硅烷偶联剂乙醇溶液；其中，疏水硅烷偶联剂乙醇溶液中，疏水硅烷偶联剂含量为5～50wt.％；和/或催化剂为疏水硅烷偶联...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜庆朋，黄锡甫，纪益彪，杜继辉，张丽萍，
申请(专利权)人：宁波德泰化学有限公司，
类型：发明
国别省市：