[发明专利]一种单分散水热碳球的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纳米至微米级单分散水热碳球的制备方法，包括以下步骤：制备单糖或多糖的水溶液；向所述水溶液中加入弱极性或非极性小分子溶剂作为调控剂，得到混合溶液；将所述混合溶液进行水热反应，获得所述水热碳球。本发明利用简单的小分子溶剂为调控剂，抑制晶核生长速率并控制水热碳球界面的形成过程，有效避免单个水热碳球的交联反应，继而诱导合成具有纳米至微米级尺寸可控的单分散碳球，具有可控性和重现性优良、十分价廉易得、环境友好以及可实现大规模生产等优点。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种纳米至微米级尺寸精准可控的单分散水热碳球的制备方法及应用。

背景技术

相比较聚苯胺小球，聚苯乙烯小球以及相关的Stober法合成的聚合物小球，生物质原料作为合成表面基团可控，功能多样的纳微糖类分子水热碳球，其具有更好的化学稳定性，热稳定性，以及绿色环保，生物兼容等其他球形结构材料所无法比拟的优点。而同样作为模板材料，糖类分子水热碳球，具有更好的离子吸附性能和烧结后的壳层结构。可控的尺寸、均一性和单分散性，以及宽的反应时间窗口和一定规模的生产一直是不能一劳永逸的用一种方法实现。因此，如何实现以上功能的同时兼备的水热多功能糖类分子水热碳球的合成至关重要。

到目前为止，经典的报道来自Sun和Li，通过改变葡萄糖浓度，水热时间和温度制备一定程度上的单分散和尺寸范围在200nm-1.5μm的小球。在推进更稳定的合成具有高度单分散，均一性糖类聚合球方向上，无论是采用表面活性剂控制合成还是两步法种子生长方法，以及较为复杂的反应釜充压控制合成法，都难以实现简单的工业化以及绿色环保生产需求。因此探索采用水热一次性合成同时实现大范围尺寸可控、高均一、单分散、表面基团丰富以及高产率的水热碳球，仍然是工业生产的巨大技术难点。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本新型提供了一种纳米至微米级单分散水热碳球的制备方法。

一种纳米至微米级单分散水热碳球的制备方法，包括以下步骤：制备单糖或多糖的水溶液；向所述水溶液中加入弱极性或非极性的小分子溶剂作为调控剂，得到混合溶液；将所述混合溶液进行水热反应，获得所述水热碳球。

可选的，通过所述调控剂提高所述水热碳球的单分散性以及均一性；所述调控剂调控晶核生长速率并控制水热碳球界面的形成过程；所述弱极性或非极性的小分子溶剂的分子量为32～108；所述调控剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、丁醇，正己烷、二甲氧基乙醇、苯甲醇或丙酮中的至少一种；所述单糖包括葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖氨基葡萄糖、木糖、甘露糖、乳糖或半乳糖中的至少一种；所述多糖包括蔗糖、淀粉、糖原、纤维素、壳多糖、多聚果糖或琼脂中的至少一种；通过控制水热反应时间或反应温度，控制所述水热碳球的尺寸；通过控制所述混合溶液中调控剂的含量，控制所述水热碳球的尺寸；所述反应结束后经离心、洗涤及干燥后得到所述水热碳球；所述洗涤首先采用醇和水的混合溶液洗涤，再采用乙醇洗涤；通过控制离心速率分离不同尺寸的水热碳球；其中所述单糖或多糖的水溶液的浓度为0.003～2mol/L，所述小分子调控剂与水溶液的体积比为5～0.001；所述水热反应温度为120～220℃，反应时间为2～20h；所述水热碳球尺寸为80nm至1.5μm。

一种水热碳球组装体的制备方法，将制备的水热碳球溶于小分子溶液中，将食人鱼液处理过的硅片垂直放入上述溶液中，从而获得所述水热碳球组装体。

一种水热碳球金属离子吸附方法，将制备的水热碳球溶于金属离子溶液中，从而获得金属离子吸附的水热碳球。将获得金属离子吸附的水热碳球，放置于空气气氛中焙烧，得到单壳空心小球。

一种二氧化硅包覆水热碳球的制备方法，将制备的水热碳球分散于水中，加入CTAB搅拌均匀，加入氨水，随后加入正硅酸乙酯，搅拌，获得二氧化硅包覆的水热碳球。