脫油瀝青基氣相生長碳微球的制備、改性及吸附性能研究.pdf

1、碳微球(CMSs)是碳家族中的重要成員之一，特殊的結(jié)構(gòu)賦予了它優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用空間。CMSs可以應(yīng)用于鋰離子電池電極材料、催化劑載體、復(fù)合材料、多孔導(dǎo)電材料、貯能材料等方面。脫油瀝青(DOA)是重油加工過程中的副產(chǎn)物，是一種富碳的復(fù)雜混合物，熱解可產(chǎn)生CH4、CO、H2、N2、H2S等氣體和低烴類化合物。依賴這些熱解氣體的綜合作用，可以進(jìn)行氣相生長碳材料的合成研究。從DOA中獲得高附加值產(chǎn)品，可為擴(kuò)展傳統(tǒng)石油加工過程的產(chǎn)品鏈并實(shí)現(xiàn)

2、資源的綜合利用提供新的途徑。 本文主要以DOA為原料，采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備CMSs，研究了不同反應(yīng)條件對產(chǎn)物生長的影響；另外，分別利用空氣氧化法和KOH活化法對CMSs進(jìn)行了表面改性和活化處理。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、X-射線衍射(XRD)、拉曼光譜(Raman)和紅外光譜(FTIR)等對產(chǎn)物進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果表明: 1.以DOA為原料，采用CVD法制備

3、了直徑可控的高純CMSs?？疾炝朔磻?yīng)溫度、氬氣流量及反應(yīng)區(qū)域?qū)MSs產(chǎn)率和結(jié)構(gòu)的影響，通過改變工藝參數(shù)制備了直徑可控的高純CMSs。當(dāng)反應(yīng)溫度由900℃上升到1100℃時(shí)，CMSs的產(chǎn)率由21％增加到35.6％，而直徑保持在650～750nm之間；當(dāng)氬氣流量由60m/min增加到300ml/min時(shí)，CMSs的產(chǎn)率由44.7％減少到30.7％，直徑由1μm減小到220nm；相對于高溫區(qū)產(chǎn)物，低溫區(qū)產(chǎn)物的粒徑較小，粒徑分布范圍較大。所制

4、備可控CMSs的直徑主要分布在100nm～1μm之間，為規(guī)則的球狀顆粒，直徑分布均勻，純度很高，但石墨化程度較低；CMSs經(jīng)2000℃的真空熱處理1h后，熱穩(wěn)定性和石墨化程度得到較大提高，內(nèi)部出現(xiàn)了清晰的石墨化條紋。另外，考察了催化劑的添加對產(chǎn)物的影響，結(jié)果表明:以DOA為原料，F(xiàn)eCl3為催化劑前驅(qū)體在Ar和H2混合氣氛下制備出的產(chǎn)物并非CMSs，而是氣相生長碳纖維(VGCFs)；VGCFs斷口呈中空樹木年輪狀結(jié)構(gòu)，壁是由內(nèi)層的碳納米

5、管和沉積其上的熱解碳層組成；但其內(nèi)部具有大量缺陷，石墨化程度較低。 2.利用空氣氧化法和KOH活化法對CMSs進(jìn)行了改性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):經(jīng)空氣氧化后，CMSs表面嫁接上了羧酸根、羧基和羥基等官能團(tuán)，為CMSs作為生物分子、催化劑粒子等的載體提供了可能；經(jīng)KOHI活化后，CMSs的吸附等溫線變?yōu)榈湫偷蘑蛐?，比表面積由原來的3.981m2/g儋增加到了60.376m2/g。樣品的孔分布變寬，由原來的微孔和中孔變?yōu)榛罨院蟮奈⒖住⒅锌缀痛?/p>