[发明专利]一种催化剂粒子尺寸对树脂材料的催化石墨化影响

说明书

技术领域

本发明涉及不同粒子尺寸的羰基铁催化剂对聚二乙烯基苯树脂的低温催化石墨化研究。 

背景技术

石墨化是将致密的炭在高温下（2400℃-2800℃）进行热处理，使炭在一定温度下使其中的N、H、O、K、Na、Ca等杂质元素逸出，炭由乱层结构转变成三维有序的石墨晶体结构的过程。炭材料的石墨化效果受热处理温度以及保温时间控制，在1400℃下，炭材料的石墨化过程十分缓慢，缓慢到难以观察的程度，但在加入某些催化剂后，即使在这种温度甚至更低温度下也可以明显地观察到石墨化过程，即催化石墨化。催化石墨化是一个复杂的过程，既有物理变化，又有化学变化，所用催化剂主要有单质催化剂、合金催化剂和化合物催化剂。而影响催化石墨化的因素有催化剂的添加、催化剂含量和催化剂粒子尺寸，关于催化剂粒子尺寸对树脂材料的催化石墨化影响研究较少，Baraniecki等研究发现Fe-Si合金的粒子尺寸在50-70μm时表现出较好的催化效果，这个催化效果主要决定于催化剂粒子和碳的接触面积（Carbon,1969,7(2):213-218）。Oya等用乙酰丙酮镍催化酚醛树脂，研究发现当镍的粒子尺寸在20nm左右时，催化炭材料形成Ts组分；当镍粒子尺寸在80nm时，催化炭材料形成G-组分。同时当将大粒子的Al（70-250μm）、Be（74μm）、Ni（150μm）加入到非石墨化材炭料中时，G-和Ts-组分都可能产生（Carbon,1979,17:125-129）。 

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，以聚二乙烯基苯为碳源，以不同粒子尺寸（2.5μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、7.0μm）的羰基铁为催化剂，在1400℃的低温条件下实现该类树脂的低温催化石墨化，本发明方法操作简单，反应温度低，利于工业化生产。 

本发明的目的是研究催化剂粒子尺寸对树脂材料的催化石墨化影响。 

本发明的另一目的在于以聚二乙烯基苯树脂为原料，通过加入适当的催化剂实现该树脂的低温催化石墨化。 

本发明的目的是下述方式实现的： 

所述的树脂为聚二乙烯基苯树脂，所用的催化剂为羰基铁，粒径为2.5μm、3.0μm、4.0μm、5.0μm、7.0μm。 

本发明的另一目的的实施方案为： 

PDVB树脂低温催化石墨化的制备方法：以聚二乙烯基苯树脂为碳源，羰基铁为催化剂，反应过程是在管式炉里高纯氮气气氛下进行的，将所述的催化剂/PDVB树脂混合物以1℃/min升温至600℃，保温2h后以3℃/min的升温速率升温至石墨化温度（800-1400℃），保温4h，即可得到所需石墨材料。 

本发明不仅可以作为研究催化剂粒子尺寸对树脂催化石墨化的影响，也可以作为树脂的低温催化石墨化基础研究。 

附图说明

图1不同温度下聚二乙烯基苯树脂的X射线衍射图。 

图2不同催化剂粒子尺寸下聚二乙烯基苯树脂的X射线衍射图。 

图32.5μm和7.0μm催化剂粒子催化聚二乙烯基苯树脂拉曼谱图。 

图4聚二乙烯基苯树脂的高分辨电子显微镜图。 

X射线衍射（XRD）图谱由北京普析通用仪器有限公司XD-3型X射线衍射分析仪测定（Cu靶，Ka辐射，λ=0.15406nm），工作电压36kV，管电流30mA，扫描范围10-80°，扫描速度为3°/min。透射电子显微镜照片(TEM)由日本电子株式会社公司JEOL-2010型透射电子显微镜获得；激光拉曼分析采用Horiva(LabRam HR-800)拉曼谱仪，激光源波长514nm，功率25mW，拉曼位移范围：800-2000cm^-1。 

具体实施方式

实施例1： 

以聚二乙烯基苯树脂为原料，将树脂以1℃/min升温至600℃，保温2h后以3℃/min的升温速率升温至石墨化温度（800-1400℃），保温4h，所得样品经过X射线衍射分析表明（图1）：随着温度的升高，树脂碳化后的衍射峰变化不大，石墨化碳对应的（002）（衍射角为26.52°）衍射峰没有出现，表明树脂在没有催化剂存在下经过800-1400℃碳化后树脂仍为无定形碳，是典型的乱层结构。 

实施例2：