碳化鈣與鹵代烴、草酸化學反應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——化學反應法。本論文的特點與創(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行化學反應制備炭材料；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、當化學反應條件(溫度、壓力等)不同時，對所得產品的結果影響不大；但當反應物不同時，對所得產品的結果有較大的影響。五、與現(xiàn)有的制備炭材料和碳納米材料的方法相比，本方法工藝過程及設備簡單，主要原料碳化鈣廉價易得，制備炭材料的反應條件溫和、制備起始反應溫度低(65-300℃)，反應過程中碳的理論轉化率高(21％)，實際達8.0-14.4％，可

3、極大地降低生產成本。
　　 1.本文的實驗裝置包括一個120ml不銹鋼耐壓反應器，一個配套的電阻加熱爐和一個溫度調節(jié)控制器。將各反應物按一定的摩爾比稱重計量后放入反應器，然后加熱反應器，在開始反應溫度65-300℃時可生成黑色絮狀產物碳微球(CSs)、CNSs、石墨和無定形碳。制備的產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。

4、
　　 2.經計算，本方法碳化鈣與鹵代烴化學反應的AGf和△Hf在298K和500K時均為負值，因此，化學反應在熱力學上是可行的，且為放熱反應，相對較低的開始反應溫度有利于反應的進行和產物的生成。當使用碳化鈣和四氯化碳、三氯甲烷和二氯甲烷分別進行反應時，隨著原料中氫原子數(shù)量的增加，開始反應的溫度逐漸降低，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；碳的實際產率逐步減少，分別為14.4％、12.2％和8.0％，所得產品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.當使用碳化鈣和二水草酸為原料時，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