[发明专利]一种单分散酚醛树脂微球以及多孔碳微球的宏量制备方法

说明书

本发明涉及一种单分散酚醛树脂微球以及多孔碳微球的宏量制备方法，包括有以下步骤：1)将酚源与六次甲基四胺溶解在蒸馏水中，加热反应，离心、洗涤、干燥后得到酚醛树脂微球；2)将所得的酚醛树脂微球在管式炉中碳化，整个碳化过程中匀速通入造孔剂氮气和水蒸气，得到黑色的多孔碳微球。本发明具有如下优势：1)合成工艺简单，产量高达50g L^‑1；2)不需要乙醇等有机溶剂，降低了合成成本，更适合于宏量制备；3)六次甲基四胺可同时起醛源和催化剂的作用，不需要加入另外的醛和催化剂；4)提高材料的电化学性能；5)产物多孔碳微球作为超级电容器电极材料时表现出高比电容和极佳的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于多孔碳材料领域，具体涉及一种单分散酚醛树脂微球以及多孔碳微球的宏量制备方法。

背景技术

多孔碳材料，尤其是多孔碳微球，由于其比表面积大、孔隙率高、孔径可调、导电性高、化学稳定性好、来源广泛、价格低廉等优点，被广泛应用于吸附、分离、色谱分析、催化剂载体和电化学储能等领域。酚醛树脂微球作为一种常见的高分子材料，具有合成方法简单、价格低廉、固含量高等优点，是一种理想的制备多孔碳微球材料的前驱体。

目前，酚醛树脂微球的合成主要通过水-乙醇-氨水体系下苯酚或间苯二酚与甲醛之间的酚醛缩合反应来制备。例如，Liu等以间苯二酚和甲醛为前驱物、氨水为催化剂，水和乙醇为溶剂，成功制备了粒径在520～740nm的单分散酚醛树脂微球。Xu等以苯酚为酚源，六次甲基四胺为醛源，通过高温水热反应得到了粒径在300～1000nm的单分散酚醛树脂微球。Zhao等发现在水-乙醇-氨水体系下，邻氨基苯酚、间氨基苯酚和对氨基苯酚也可与甲醛发生酚醛缩合反应，制备单分散酚醛树脂微球。然而，氨水具有较大的刺激性气味，乙醇的价格较高，高温水热反应具有一定的危险性，这些因素都限制了酚醛树脂微球的大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、价格低廉的酚醛树脂微球和多孔碳微球的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：一种单分散酚醛树脂微球以及多孔碳微球的宏量制备方法，包括有以下步骤：1)将酚源与六次甲基四胺溶解在蒸馏水中，加热反应，离心、洗涤、干燥后得到酚醛树脂微球；2)将所得的酚醛树脂微球在管式炉中碳化，整个碳化过程中匀速通入造孔剂氮气和水蒸气，得到黑色的多孔碳微球。

按上述方案，所述的六次甲基四胺与酚的摩尔比在0.25～20之间，溶剂水的含量为10～100mL。

按上述方案，步骤1)所述的酚源为间苯二酚、邻氨基苯酚、间氨基苯酚或对氨基苯酚。

按上述方案，步骤1)所述的酚源为邻氨基苯酚或间氨基苯酚或对氨基苯酚，同时作为氮源。

按上述方案，步骤1)所述的酚源的浓度为0.25～5wt.％。

按上述方案，步骤1)所述的反应温度为60～100℃，反应6～48小时。

按上述方案，步骤2)所述的碳化温度是600～1000℃。

本发明的反应机理：不同种类的酚均可与六次甲基四胺的水解产物发生酚醛缩合反应，制备酚醛树脂微球；通过调节酚与六次甲基四胺的比例，产物酚醛树脂微球和碳微球的粒径在0.5～10μm范围内可调；经过高温水蒸气碳化后，所得碳微球具有丰富的微孔结构和大的比表面积，具有很好的超级电容器性能。

本发明与现有技术相比，具有如下优势：

1)合成工艺简单，产量高达50g L^‐1；

2)酚醛缩合反应在水相中进行，不需要乙醇等有机溶剂，降低了合成成本，更适合于宏量制备；

3)六次甲基四胺可同时起醛源和催化剂的作用，不需要加入另外的醛(如甲醛)和催化剂(如氨水)；