[发明专利]富勒烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学物质的制备方法，具体涉及一种富勒烯的制备方法。

背景技术

1985年，Kroto等发现了C₆₀的存在，这一发现拓宽了人类对于碳的认识。研究发现富勒烯具有独特的物理化学性质，这些性质使其成为具有巨大商业价值的材料。富勒烯的合成受到反应区压力及温度、惰性气体保护、催化剂和冷却温度等多种因素的影响，是一个复杂的过程。目前，富勒烯的制备方法主要分为两大类：蒸发石墨法和燃烧法。

蒸发石墨法包括电弧法、激光蒸发石墨和等离子体法等；燃烧法包括苯燃烧法、低压烃类气体燃烧法等。电弧法反应区需达到4000K以上的高温，电弧放电所消耗能量全部由电能提供，成本相对较高，且不便于连续操作，因此主要用于实验室规模的生产，其产率为12％左右；燃烧法是工业规模生产富勒烯的主要方法，有报道显示其世界上最大的年产量为40吨，但是仍不能满足商业需求。

爆炸法制备金刚石与碳纳米管的成功说明炸药爆炸产生的能量能够实现碳原子的重新组合。同时，爆炸法制备金刚石的工业化生产显示了爆炸法反应时间短、可连续操作及易于控制的优点。研究证明爆炸产生不同的压强与温度，会影响爆轰灰内组分的结构，富勒烯、金刚石与石墨同属碳的同素异形体，因此控制好爆炸条件，使爆炸环境下的碳原子重组为富勒烯应该是可行的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的富勒烯的制备方法，即利用炸药爆炸产生的巨大能量和高温高压的环境制备富勒烯的方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种富勒烯的制备方法，是将炸药、催化剂与石墨在放入爆炸容器中，将爆炸容器抽真空后再充入填充气体，然后将爆炸容器在冷却的条件下起爆，收集爆炸容器中的爆炸灰，即制得富勒烯。

更进一步的方案是：将炸药、催化剂与石墨在放入爆炸容器中，是将炸药与催化剂和石墨混合压制或者将炸药与催化剂混合压制得到炸药混合物；再将炸药混合物和石墨一起放入爆炸容器中。

更进一步的方案是：爆炸容器中充入填充气体后气体压强为0.01MPa至5MPa。

更进一步的方案是：所述的冷却的条件是通过将爆炸容器放入充满冷却剂的装置中，冷却一段时间后达到的。

更进一步的方案是：所述将炸药与催化剂和/或石墨混合压制是采取的如下方式之一：

将单一炸药或混合炸药与石墨与催化剂混合压制成圆柱形状；

将单一炸药或混合炸药压制成内呈空腔的圆柱形状，空腔部分填充石墨与催化剂；

将单一炸药或混合炸药压制成聚能装药药柱形状，空余部分填充石墨与催化剂；

将单一炸药或混合炸药与催化剂压制成圆柱形状；

更进一步的方案是：将炸药与催化剂和/或石墨混合压制后，炸药的尺寸为Φ10×10至Φ50×50。

更进一步的方案是：所述的炸药是三硝基甲苯(TNT)或黑索今(RDX)或奥克托今(HMX)或1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯(TATB)或1，3，5-三硝基苯(TNB)或2，2′，4，4′，6，6′-六硝基芪(HNS)或上述炸药的混合炸药。

更进一步的方案是：所述催化剂为Fe、Fe的氧化物、Co、Co的氧化物、Cu、Cu的氧化物、Al、Al的氧化物中的任意一种。

更进一步的方案是：所述填充气体为He、Ar、Ne、Kr、Xe、N₂中的任意一种。

更进一步的方案是：所述冷却剂为水、冰、液氮中的任意一种。

本发明中，炸药的起爆可以通过常规方式如连接起爆药和雷管的方式，也可以通过其他方式进行。

本发明利用爆炸产生的能量，在爆炸产生的动态高温高压环境下制备富勒烯，具有操作简单、连续性强和能耗低的优点。

附图说明

图1是本发明所采用炸药药柱示意图；

其中，a是圆柱形药柱；b内呈空腔的圆柱形状药柱；c聚能装药形状药柱；

图2是本发明爆炸装置示意图；

其中，1起爆装置；2真空装置；3爆炸容器；4雷管；5起爆药；6炸药柱；7冷却剂；8隔热外壳；

图3是实施例1中产物质谱图；

图4是实施例1中产物高效液相色谱图与C₆₀溶液高效液相色谱图；

其中，41是实施例1高效液相色谱图；42是C₆₀溶液高效液相色谱图。

具体实施方式