[发明专利]一种碳硅双壳层中空结构复合微球及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳硅双壳层中空结构复合微球，其特征在于：通过以下步骤制得：

（1）将粉煤灰酸浸渣与碱溶液混合搅拌，得到硅酸盐溶液，离心去除沉淀，得到清液，分析清液固含量，将表面活性剂加入清液中，继续搅拌溶解，得到澄清溶液，再在入口温度为140~200℃,出口温度为80~120℃条件下喷雾干燥，得到白色粉末A；

（2）将白色粉末A溶于蒸馏水中，滴加盐酸或硫酸，调节PH＜4，抽滤、水洗3-5次，得到白色沉淀，将白色沉淀干燥后得到白色粉末B；

（3）取白色粉末B进行铝热或镁热还原反应，还原产物经酸洗，抽滤、水冲洗，干燥，得到土黄色或黄褐色粉末，即为中空硅微球；

（4）加入碳源对中空硅微球进行碳包覆处理，得到碳前驱体包覆中空硅微球，碳源前驱体包覆后在惰性气体保护下进行热处理，得到黑色产物，为碳硅双壳层中空结构复合微球，或采用甲烷、乙炔对中空硅微球进行气相沉积，得到碳硅双壳层中空结构复合微球；

所述步骤（1）中碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，

所述步骤（1）表面活性剂的加入量是硅酸钠溶液或硅酸钾溶液中所含溶质质量的0.5~10%；

所述步骤（3）中空硅微球的粒径为0.1~5微米；

所述步骤（4）中的碳源包括葡萄糖、蔗糖、果糖、酚醛树脂、环氧树脂或者沥青；所述碳包覆处理的方法，包括将中空硅微球分散到含碳源的溶液中，进行喷雾干燥、或者将中空硅微球直接分散到含碳源的溶液中搅拌挥发溶剂，所述热处理的温度为500~1000℃，热处理时间为0.5~10 h。

2.根据权利要求1所述一种碳硅双壳层中空结构复合微球，其特征在于：所述粉煤灰酸浸渣是粉煤灰与硫酸或盐酸在120～140℃下酸浸后，过滤分离，得到的固体即为粉煤灰酸浸渣。

3.根据权利要求1所述一种碳硅双壳层中空结构复合微球，其特征在于：所述步骤（1）中硅酸盐溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液，所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。

4.根据权利要求1所述一种碳硅双壳层中空结构复合微球，其特征在于：所述步骤（3）中的铝热或镁热还原反应时，铝粉或镁粉与白色粉末B的质量比为0.6~1:1，所述的酸洗是将镁热或铝热的还原产物，加入到质量百分数为10-20%的稀盐酸或稀硫酸中，保持稀盐酸或稀硫酸过量，搅拌1~12 h；所述干燥为鼓风干燥或者真空干燥，干燥温度为40~150℃，干燥时间为5~24h。

5.一种权利要求1所述碳硅双壳层中空结构复合微球的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将粉煤灰酸浸渣与碱溶液混合搅拌，得到硅酸盐溶液，离心去除沉淀，得到清液，分析清液固含量，将表面活性剂加入清液中，继续搅拌溶解，得到澄清溶液，再在入口温度为140~200℃,出口温度为80~120℃条件下喷雾干燥，得到白色粉末A；

（2）将白色粉末A溶于蒸馏水中，滴加盐酸或硫酸，调节PH＜4，抽滤、水洗3-5次，得到白色沉淀，将白色沉淀干燥后得到白色粉末B；

（3）取白色粉末B进行铝热或镁热还原反应，还原产物经酸洗，抽滤、水冲洗，干燥，得到土黄色或黄褐色粉末，即为中空硅微球；

（4）加入碳源对中空硅微球进行碳包覆处理，得到碳前驱体包覆中空硅微球，碳源前驱体包覆后在惰性气体保护下进行热处理，得到黑色产物，为碳硅双壳层中空结构复合微球，或采用甲烷、乙炔对中空硅微球进行气相沉积，得到碳硅双壳层中空结构复合微球；

所述步骤（1）中碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，

所述步骤（1）表面活性剂的加入量是硅酸钠溶液或硅酸钾溶液中所含溶质质量的0.5~10%；

所述步骤（3）中空硅微球的粒径为0.1~5微米；

所述步骤（4）中的碳源包括葡萄糖、蔗糖、果糖、酚醛树脂、环氧树脂或者沥青；所述碳包覆处理的方法，包括将中空硅微球分散到含碳源的溶液中，进行喷雾干燥、或者将中空硅微球直接分散到含碳源的溶液中搅拌挥发溶剂，所述热处理的温度为500~1000℃，热处理时间为0.5~10 h。