对称结构的碳中空微球制备方法，采用以下步骤：
[0051] (1)前驱体浆料配置：在溶剂中加入聚合物，充分搅拌溶解均匀后对获得的浆料 进行除气，得到制备碳中空微球前驱体的浆料，聚合物和溶剂的质量比为10 :90,采用的聚 合物为醋酸纤维素，溶剂为N-甲基吡咯烷酮；
[0052] (2)前驱体制备：浆料在料液罐中经过压缩气体推动进入同轴微流控系统喷头外 层管形成连续状态流体，压缩气体的输送压力在〇. 〇5MPa ;非溶剂去离子水通过压缩空气 和蠕动泵控制供给量，压缩气体的输送压力在〇. 〇5MPa，控制非溶剂供给量的蠕动泵的转速 为〇. 1转/分钟，通过同轴微流控系统喷头内层管形成间断性液滴使浆料在喷头出口处形 成内表面瞬间固化，此时的温度控制在〇°C，然后浆料重力克服浆料表面张力落入装满非溶 剂的收集槽中，进行溶剂和非溶剂交换，引发相分离得到固化的碳中空微球前驱体，收集槽 中非溶剂为室温，非溶剂通过机械泵进行缓慢循环；
[0053] (3)烧结：将碳中空微球前驱体在空气环境下干燥24小时，放入真空炉中烧结，控 制真空度为KT 1Pa,烧结温度800°C，烧结时间为4小时，即得到碳中空微球。
[0054] 实施例5
[0055] -种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，采用以下步骤：
[0056] (1)前驱体浆料配置：在溶剂中加入聚合物，充分搅拌溶解均匀后对获得的浆料 进行除气，得到制备碳中空微球前驱体的浆料，聚合物和溶剂的质量比为30 :70,采用的聚 合物为聚砜，溶剂为丙酮；
[0057] (2)前驱体制备：浆料在料液罐中经过压缩气体推动进入同轴微流控系统喷头外 层管形成连续状态流体，压缩气体的输送压力在〇. IMPa ;非溶剂乙醇通过压缩空气和蠕动 泵控制供给量，压缩气体的输送压力在0.1 MPa，控制非溶剂供给量的蠕动泵的转速为10转 /分钟，通过同轴微流控系统喷头内层管形成间断性液滴使浆料在喷头出口处形成内表面 瞬间固化，此时的温度控制在l〇°C，然后浆料重力克服浆料表面张力落入装满非溶剂的收 集槽中，进行溶剂和非溶剂交换，引发相分离得到固化的碳中空微球前驱体，收集槽中非溶 剂为室温，非溶剂通过机械泵进行缓慢循环；
[0058] (3)烧结：将碳中空微球前驱体在空气环境下干燥24小时，放入真空炉中烧结，控 制真空度为KT 3Pa,烧结温度1200°C，烧结时间为3小时，即得到碳中空微球。
[0059] 实施例6
[0060] 一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，采用以下步骤：
[0061] (1)前驱体浆料配置：在溶剂中加入聚合物，充分搅拌溶解均匀后对获得的浆料 进行除气，得到制备碳中空微球前驱体的浆料，聚合物和溶剂的质量比为40:60,采用的聚 合物为聚偏氟乙烯，溶剂为二甲基乙酰胺；
[0062] (2)前驱体制备：浆料在料液罐中经过压缩气体推动进入同轴微流控系统喷头外 层管形成连续状态流体，压缩气体的输送压力在〇. 5MPa ;非溶剂丙二醇通过压缩空气和蠕 动泵控制供给量，压缩气体的输送压力在〇. 5MPa，控制非溶剂供给量的蠕动泵的转速为20 转/分钟，通过同轴微流控系统喷头内层管形成间断性液滴使浆料在喷头出口处形成内表 面瞬间固化，此时的温度控制在35°C，然后浆料重力克服浆料表面张力落入装满非溶剂的 收集槽中，进行溶剂和非溶剂交换，引发相分离得到固化的碳中空微球前驱体，收集槽中非 溶剂为室温，非溶剂通过机械泵进行缓慢循环；
[0063] (3)烧结：将碳中空微球前驱体在空气环境下干燥24小时，放入惰性气氛炉中烧 结，烧结温度1500°C，烧结时间为2小时，即得到碳中空微球。
[0064] 以上对本发明的具体实施方法和效果进行了举例描述，但是本发明并不局限于上 述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可 做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1. 一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于，采用以下步骤： (1) 前驱体浆料配置：在溶剂中加入聚合物，充分搅拌溶解均匀后对获得的浆料进行 除气，得到制备碳中空微球前驱体的浆料； (2) 前驱体制备：浆料在料液罐中经过压缩气体推动进入同轴微流控系统喷头外层管 形成连续状态流体；非溶剂通过压缩空气和蠕动泵控制供给量，通过同轴微流控系统喷头 内层管形成间断性液滴使浆料在喷头出口处形成内表面瞬间固化，然后浆料重力克服浆料 表面张力落入装满非溶剂的收集槽中，进行溶剂和非溶剂交换，引发相分离得到固化的碳 中空微球前驱体； (3) 烧结：将碳中空微球前驱体在空气环境下干燥24小时，放入真空炉或者惰性气氛 炉中烧结，烧结温度800~1500°C，烧结时间为2~4小时，即得到碳中空微球。
2. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤⑴中所述的聚合物和溶剂的质量比为10~40 :90~60。
3. 根据权利要求1或2所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在 于，所述的聚合物为醋酸纤维素、聚砜、聚醚砜或聚偏氟乙烯中的任意一种，所述的溶剂为 N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙酰丙酮或二甲基乙酰胺中的任意一种。
4. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤（2)中推动浆料进入同轴微流控系统喷头外层管的压缩气体的输送压力在0.05~ 0. 5MPa〇
5. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤（2)中浆料在喷头出口处形成内表面瞬间固化时温度控制在0~35°C。
6. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤（2)中控制非溶剂供给量的压缩空气的气压为0. 05~0. 5MPa。
7. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤（2)中控制非溶剂供给量的蠕动泵的转速为0. 1~20转/分钟，控制非溶剂顺畅呈液 滴状滴落流出。
8. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤（2)中所述的非溶剂选自去离子水、乙醇或丙二醇中一种或几种。
9. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 收集槽中非溶剂为室温，非溶剂通过机械泵进行缓慢循环。
10. 根据权利要求1所述的一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，其特征在于， 步骤（3)中的烧结温度为800~1200°C。
【专利摘要】本发明涉及一种具有非对称结构的碳中空微球制备方法，包括前驱体浆料配制、前驱体制备、碳化烧结三个步骤，利用非溶剂致相分离原理收集滴落的中空微球前驱体液滴，使得滴落液滴外表面瞬间相分离固化，有效避免液滴变形和再融合，得到碳中空微球前驱体。之后的前驱体进行室温干燥和碳化烧结处理，最终得到碳中空微球。与现有技术相比，本发明制备的碳中空微球球形度好，球体尺寸和孔隙率可控，无需消耗大量能源和酸碱试剂，工艺简单易于实现大批量工业化生产。
【IPC分类】B01J13-02
【公开号】CN104759241
【申请号】CN201510115007
【发明人】郭芳威, 王国伟, 江志伟, 赵晓峰, 肖平
【申请人】上海交通大学, 中广核工程有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月16日