[发明专利]一种空心碳球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用脱油沥青为原料，制备空心碳球的方法，属有机化合物碳材料提取、合成高附加值物质的技术领域。

背景技术

在重油炼制过程中会产生大量的残留物，即脱油沥青，其量值是重油的10～15wt.％，是重油炼制中的副产物，如何将副产物进行再加工、提炼利用是工业领域正在研究的课题。

脱油沥青是重油梯级分离后得到的重油残渣，是渣油溶剂脱沥青过程中的副产物，具有软化点高、分子质量大、粘度大、残碳值高等特点，残碳值高达36～55％，是富碳的复杂混合物，脱油沥青为黑色固体，其元素组成为碳、氢、氧、硫、磷、氮等，其中碳的含量高达92～93％，是碳族元素的丰富载体，如何在脱油沥青中提取碳、利用碳、加工碳、制备高附加值的碳产物，更是应当研究和探讨的。

以脱油沥青为原料，在高温下，在催化剂催化下气相沉积，制取碳球，已完全可以实现，但在此基础上，将碳球进一步细化，成中空空心结构，使其具有密度低、比表面积高、稳定性好等特点，使碳球更具吸附力，更具高渗透性，其空心部分可吸附容纳大量客体元素分子，使碳球的匹配性更加优良，更具多样性。研究、探讨、制备、利用中空空心碳球是十分重要的，将会使碳材料的开发利用向更高层次、更广泛的领域发展，例如在药物载体、生物活性剂、催化剂载体、气体储存剂、高级润滑油等领域应用。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对现有技术的不足和空白，以脱油沥青为原料，用热处理法制备一种中空空心结构的碳球，使实心碳球制备成中空空心碳球成为可能，以大幅度提高碳球的物理化学性能及高附加值应用。

技术方案

本发明使用的化学物质原料为：脱油沥青、盐酸、去离子水、氩气、氮气、洁净空气，其组合配比量是：以克、毫升、厘米³为计量单位

脱油沥青：C₅₅₉H₆₉₀SN₇O₅    40g±0.4g

盐酸：HCl    1000ml±5ml

去离子水：H₂O    10000ml±100ml

氩气：Ar    100000cm³±150cm³

氮气：N₂    100000cm³±150cm³

洁净空气：500000cm³±150cm³

制取方法如下：

(1)精选化学物质原料

对制取使用的化学物质原料进行精选，并进行纯度控制：

脱油沥青：固态粉体 含碳量92％～93％

盐酸：液态 浓度38％

去离子水：液态99.99％

氩气：气态95％

氮气：气态95％

洁净空气：气态

(2)研磨、过筛

对制备使用的脱油沥青要进行研磨、过筛，并进行细度控制；

将脱油沥青40g置于玛瑙研钵中，用玛瑙研棒进行研磨，然后用200目筛网进行过筛，反复研磨、反复过筛，留下细粉4g±0.04g，其细粉粒经≤150μm；

(3)清洗清洁石英管

①盐酸灌洗：盐酸300ml，灌入石英管，重复进行三次；

②去离子水灌洗：去离子水2000ml，灌入石英管，重复进行三次；

③晾干；

(4)超声波清洗、清洁石英载物舟

①盐酸超声波清洗：盐酸150ml±5ml注入石英载物舟内，然后置于超声波清洗器内，超声清洗15min±2min，清洗后晾干；

②去离子水超声波清洗：去离子水500ml±10ml，注入石英载物舟内，然后置于超声波清洗器内，超声清洗15min±2min，清洗后晾干；

(5)真空干燥石英载物舟

将石英载物舟置于真空干燥箱中，在真空度5Pa、温度150℃±5℃状态下，干燥20min±2min；

(6)氩气+氮气清洁石英管

①将氩气管通入石英管，向管内输入氩气，输入速度150cm³/min，输入时间为3min；

②将氮气管通入石英管，向管内输入氮气，输入速度150cm³/min，输入时间为3min；

③氩气+氮气驱除管内有害气体，使石英管内处于惰性气体气氛中；

(7)置放石英载物舟+脱油沥青粉末