碳化鈣與鹵代烴、草酸化學(xué)反應(yīng)制備微納碳球及表征.pdf

1、本博士論文的目的是研究一種制備炭材料的新方法——化學(xué)反應(yīng)法。本論文的特點(diǎn)與創(chuàng)新之處是：一、直接使用含碳化工原料碳化鈣為中心反應(yīng)物，用碳化鈣與其它含碳化工原料如鹵代烴和二水草酸等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備炭材料；二、使用本方法極大地降低了制備較高石墨化度的炭材料的溫度，在較低的起始反應(yīng)溫度下(224-250℃)得到了較高石墨化度的炭材料，這是作者所知的最低溫度(使用碳化鈣與四氯化碳或三氯甲烷為原料)；三、使用本方法可在較低的起始反應(yīng)溫度(65℃)下

2、制備純度高、尺寸均勻的碳納米球(CNSs)，這是作者所知的最低溫度(使用碳化鈣與二水草酸為原料)；四、當(dāng)化學(xué)反應(yīng)條件(溫度、壓力等)不同時(shí)，對(duì)所得產(chǎn)品的結(jié)果影響不大；但當(dāng)反應(yīng)物不同時(shí)，對(duì)所得產(chǎn)品的結(jié)果有較大的影響。五、與現(xiàn)有的制備炭材料和碳納米材料的方法相比，本方法工藝過(guò)程及設(shè)備簡(jiǎn)單，主要原料碳化鈣廉價(jià)易得，制備炭材料的反應(yīng)條件溫和、制備起始反應(yīng)溫度低(65-300℃)，反應(yīng)過(guò)程中碳的理論轉(zhuǎn)化率高(21％)，實(shí)際達(dá)8.0-14.4％，可

3、極大地降低生產(chǎn)成本。
　　 1.本文的實(shí)驗(yàn)裝置包括一個(gè)120ml不銹鋼耐壓反應(yīng)器，一個(gè)配套的電阻加熱爐和一個(gè)溫度調(diào)節(jié)控制器。將各反應(yīng)物按一定的摩爾比稱重計(jì)量后放入反應(yīng)器，然后加熱反應(yīng)器，在開始反應(yīng)溫度65-300℃時(shí)可生成黑色絮狀產(chǎn)物碳微球(CSs)、CNSs、石墨和無(wú)定形碳。制備的產(chǎn)物使用掃描電子顯微鏡(SEM)、附于掃描電子顯微鏡上的能譜儀(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射儀(XRD)和Raman光譜儀檢測(cè)。

4、
　　 2.經(jīng)計(jì)算，本方法碳化鈣與鹵代烴化學(xué)反應(yīng)的AGf和△Hf在298K和500K時(shí)均為負(fù)值，因此，化學(xué)反應(yīng)在熱力學(xué)上是可行的，且為放熱反應(yīng)，相對(duì)較低的開始反應(yīng)溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行和產(chǎn)物的生成。當(dāng)使用碳化鈣和四氯化碳、三氯甲烷和二氯甲烷分別進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，隨著原料中氫原子數(shù)量的增加，開始反應(yīng)的溫度逐漸降低，分別為250℃、224℃、210℃：CSs收率逐步增加，分別為20％、40％、95％；CSs尺寸逐步變小，尺寸分布更均勻，尺寸

5、分別為100-2000nm、200-500nm、100-200nm；碳的實(shí)際產(chǎn)率逐步減少，分別為14.4％、12.2％和8.0％，所得產(chǎn)品CSs和CNSs的含碳量逐步增加，分別是86.1％、87.1％、94.7％(wt％)；而樣品的石墨化度逐漸降低，分別是81.4％、78.7％、0％。
　　 3.當(dāng)使用碳化鈣和二水草酸為原料時(shí)，制備的CNSs的尺寸較均勻(60-120nm)，純度高(>95％)，CNSs的碳含量高(98％)，碳的