一种超细纳米碳材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超细高纯纳米碳材料的制备方法,属于纳米材料制备领域。
【背景技术】
[0002]碳是人类最早认识和利用的元素之一。传统的碳单质主要包括石墨、金钢石和无定型碳，因具有丰富可调的结构与性质，被广泛应用于日常生活、生产实践和科学研究的各个领域。几年来、随着纳米科学与技术的迅猛发展，以石墨烯、碳纳米管、富勒烯等为代表的碳纳米材料引起产业界和学术界的广泛关注。其中纳米碳球材料由石墨片包裹而成，在形成过程中需要保持表面的曲率，最外层的石墨片往往无法闭合，在纳米球表面形成大量的悬键，因此具有导电率优异、表面活性高、环境友好等显著特点，在绿色农业(化肥增效剂)、能源(锂电池负极材料和燃油助燃剂)、环境保护(净水材料)、医学(药物载体)和军事(吸波材料)等领域有着广泛的潜在应用。且其结构简单，合成工艺不复杂，易于大规模高质量生产。
[0003]纳米碳球应用在不同领域，对其自身的尺寸、组分和表面特性有不同的要求。如应用于农业,要求高产率、低成本、伴生有害产物含量低,表面活性高；作为吸波材料,要求碳含量高、缺陷少、电阻率高、粒径小且分布均匀。现有技术，如中国公开专利文献CN1378975A和CN1579932A，虽然也公开了采用电解法制备纳米碳材料的技术方法，但采用电流或电压控制的方法，无法有效的控制纳米碳材料的粒径，特别是对于粒径小于10nm的超细碳材料，采用上述公开的方法难以合成。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种方法设计更为合理、操作简单、污染少、粒径分布集中的超细纳米碳材料的制备方法。
[0005]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种超细纳米碳材料的制备方法，其特点是:所述的纳米碳材料通过电解法制得，其中采用高纯石墨为阳极，惰性金属或高纯石墨为阴极，采用水和乙醇的混合溶液为溶剂，添加碱、盐或者酸为电解质；电解电压不大于200V，电流密度控制在lO-lOOmA/cm2。
[0006]本发明所述的超细纳米碳材料的制备方法，其进一步优选的技术方案和技术特征是:
1.阳极和阴极的间距优选为0.1-1Ocm ；
2.所述的溶剂中，乙醇的体积浓度优选为5-95%；
3.所述的电解质为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或者其中至少二种的组合。或者，所述的电解质为碳酸钠、氯化钠、氯化钾中的一种或者其中至少二种的组合。或者所述的电解质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或者其中至少二种的组合；
4.电解质的质量浓度优选为总电解液的0.05-0.3%，进一步优选为0.2%。
[0007]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果: 1.本发明方法设计更为合理、操作简单，通过控制极板间距和溶剂组成，可实现纳米碳材料粒径1-1OOnm内可控,且粒径分布集中。
[0008]2.本发明方法制得的高纯超细纳米碳材料的碳含量大于90%，且污染少。
【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例13中所制备的纳米碳材料TEM照片图；
图2是本发明实施例14中所制备的纳米碳材料TEM照片图；
图3是本发明实施例15中所制备的纳米碳材料TEM照片图。
【具体实施方式】
[0010]以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
[0011]实施例1，一种超细纳米碳材料的制备方法，所述的纳米碳材料通过电解法制得，其中采用高纯石墨为阳极，惰性金属或高纯石墨为阴极，采用水和乙醇的混合溶液为溶剂，添加碱、盐或者酸为电解质；电解电压不大于200V，电流密度控制在lO-lOOmA/cm2。
[0012]实施例2，实施例1所述的超细纳米碳材料的制备方法中:阳极和阴极的间距为
0.1-1Ocm0
[0013]实施例3，实施例1所述的超细纳米碳材料的制备方法中:阳极和阴极的间距为3_5cm0
[0014]实施例4，实施例1所述的超细纳米碳材料的制备方法中:所述的溶剂中，乙醇的体积浓度为5%。
[0015]实施例5，实施例2所述的超细纳米碳材料的制备方法中:所述的溶剂中，乙醇的体积浓度为95%。
[0016]实施例6，实施例1所述的超细纳米碳材料的制备方法中:所述的溶剂中，乙醇的体积浓度为55%。
[0017]实施例7，实施例1 一 6任何一项所述的超细纳米碳材料的制备方法中:所述的电解质为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或者其中至少二种的组合。
[0018]实施例8，实施例1 一 6任何一项所述的超细纳米碳材料的制备方法中:所述的电解质为碳酸钠、氯化钠、氯化钾中的一种或者其中至少二种的组合。
[0019]实施例9，实施例1 一 6任何一项所述的超细纳米碳材料的制备方法中:所述的电解质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或者其中至少二种的组合。
[0020]实施例10，实施例1 一 9任何一项所述的超细纳米碳材料的制备方法中:电解质的质量浓度为总电解液的0.05%。
[0021]实施例11，实施例1 一 9任何一项所述的超细纳米碳材料的制备方法中:电解质的质量浓度为总电解液的0.3%。
[0022]实施例12，实施例1 一 9任何一项所述的超细纳米碳材料的制备方法中:电解质的质量浓度为总电解液的0.2%。
[0023]实施例13，超细纳米碳材料的制备方法实验一:采用高纯石墨板作为阳极和阴极，石墨板厚度为60mm,长度500mm,宽度500mm,石墨板的纯度>99.9%。阳极和阴极间距为18mm。电解液为水和乙醇(体积比95%)，电解质为硝酸，浓度为总重量的0.2%,电源选用直流稳压电源，电解开始后，逐渐将电流密度稳定在约25mA/cm2，电解时间48h。最终获得的碳纳米材料平均粒径约20nm,如图1所示。碳含量90%左。
[0024]实施例14，超细纳米碳材料的制备方法实验二:采用高纯石墨板作为阳极和阴极，石墨板厚度为60mm,长度500mm,宽度500mm,石墨板的纯度>99.9%。阳极和阴极间距为10mm。电解液为水和乙醇(体积比50%)，电解质为NaOH，浓度为总重量的0.2%，电源选用直流稳压电源，电解开始后，逐渐将电流密度稳定在约45mA/cm2，电解时间48h。最终获得的碳纳米材料平均粒径约30nm，如图2所示。碳含量92%左右。
[0025]实施例15,超细纳米碳材料的制备方法实验三:采用高纯石墨板作为阳极和阴极，石墨板厚度为60mm,长度500mm,宽度500mm,石墨板的纯度>99.9%。阳极和阴极间距为5mm。电解液为水和乙醇(体积比25%)，电解质为NaOH，浓度为总重量的0.2%，电源选用直流稳压电源，电解开始后，逐渐将电流密度稳定在约75mA/cm2，电解时间48h。最终获得的碳纳米材料平均粒径约80nm，如图3所示。碳含量为95%左右。
【主权项】
1.一种超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:所述的纳米碳材料通过电解法制得，其中采用高纯石墨为阳极，惰性金属或高纯石墨为阴极，采用水和乙醇的混合溶液为溶齐U，添加碱、盐或者酸为电解质；电解电压不大于200V，电流密度控制在lO-lOOmA/cm2。
2.根据权利要求1所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:阳极和阴极的间距为 0.1-1Ocm0
3.根据权利要求1所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:所述的溶剂中，乙醇的体积浓度为5-95%。
4.根据权利要求1所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:所述的电解质为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或者其中至少二种的组合。
5.根据权利要求1所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:所述的电解质为碳酸钠、氯化钠、氯化钾中的一种或者其中至少二种的组合。
6.根据权利要求1所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:所述的电解质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或者其中至少二种的组合。
7.根据权利要求1-6中任何一种所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:电解质的质量浓度为总电解液的0.05-0.3%。
8.根据权利要求7所述的超细纳米碳材料的制备方法，其特征在于:电解质的质量浓度为总电解液的0.2%。
【专利摘要】本发明涉及一种超细纳米碳材料的制备方法，该方法采用高纯石墨为阳极，惰性金属或者高纯石墨为阴极，不同比例的混合的水和乙醇为溶剂，不同的碱、酸、盐为电解质，电解电压不大于200V，电流密度控制在10-100mA/cm2之间，阳极板和阴极板距离0.1-10cm之间。本发明通过调整溶剂比例和板间距实现10-100nm纳米碳球材料的制备。本发明获得的纳米碳材料纯度高，颗粒尺寸可控，粒径分布集中，且制备工艺简单，易操作，成本低，污染少。
【IPC分类】C25B1-00
【公开号】CN104611716
【申请号】CN201510094025
【发明人】李斌, 黄树威, 陈勇, 邵起越, 曾宇乔
【申请人】江苏丽港科技有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年3月3日