新能源多孔碳是一种具有高比表面积(可达 3000 m²/g 以上)、可调控孔径分布(0.5 - 50 nm)以及优异化学稳定性的碳材料。它通常以生物质、石油沥青等为原料,通过活化法、溶胶 - 凝胶法等制备而成。
新能源多孔碳在以下领域有重要应用:
能量储存:在锂离子电池中,可作为硅碳负极的骨架,将硅的体积膨胀率从 300% 降至 15% 以下,提高电池的循环稳定性;在锂硫电池中,富缺陷多孔碳材料能够有效抑制硫电极的体积膨胀和穿梭效应,提升电池性能。它也是超级电容器的理想电极材料,比电容可达 350 F/g,是传统活性炭的 3 倍,可用于智能电子设备、备用电源、混合动力汽车等的电源。
能量转换:在燃料电池、金属 - 空气电池等涉及氧还原反应的能量转换装置中,杂原子掺杂的多孔碳纳米材料表现出优异的氧还原性能,可作为贵金属催化剂的替代品。此外,多孔碳材料与过渡金属结合,可用于提高析氢反应的电催化活性,在水电解制氢中发挥作用。
多孔碳制备原料
碳源:
生物质:如木材、竹子、秸秆、水果壳等。这些生物质含有丰富的碳元素,经过碳化和活化等处理后可转化为多孔碳材料。例如,以椰子壳为原料,通过碳化和氢氧化钾活化,可制得具有高比表面积的多孔碳,用于超级电容器电极材料。
树脂类:酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂等。树脂具有良好的成碳性,在高温下可转化为碳材料,并且通过调节树脂的种类和制备工艺,可以控制多孔碳的结构和性能。如酚醛树脂常用于制备高性能的多孔碳,可通过与模板剂结合,制备出具有特定孔径分布的多孔碳材料。
其他碳源:还有石油沥青、煤焦油、葡萄糖、蔗糖等。这些碳源经过适当的处理,如聚合、碳化、活化等步骤,也可用于制备多孔碳。例如,石油沥青经过热处理和活化,可得到具有较高石墨化程度的多孔碳,适用于锂离子电池负极材料。
活化剂:常用的活化剂有氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、碳酸钾(K₂CO₃)、二氧化碳(CO₂)、水蒸气等。活化剂的作用是在碳材料中创造出丰富的孔隙结构,提高比表面积和孔隙率。例如,KOH 活化法是一种常用的制备多孔碳的方法,KOH 与碳源在高温下发生反应,可刻蚀碳骨架,形成大量的微孔和介孔。
那艾喷雾干燥工艺在多孔碳制备中的广泛的应用案例
在多孔碳的制备中,喷雾干燥工艺常被用于制备多孔碳前驱体。例如,将树脂、碳纳米管、KOH 分别溶解分散于乙醇后混合,得到混合浆液,然后对混合浆液进行喷雾干燥,可得到多孔碳前驱体。此外,也可以将模板乳液与碳源混合后稀释得到混合前体溶液,经喷雾干燥得到多孔碳前驱体。喷雾干燥过程中,通过控制喷雾温度、溶液进料流速、雾化压力等参数,可以调控前驱体的颗粒大小、形状和孔隙结构,进而影响最终多孔碳材料的性能。
断血流皂苷微球的制备:以丙烯酸树脂为囊材,微粉硅胶为抗黏剂、甘油为增塑剂、95% 乙醇为溶剂,采用喷雾干燥法制备断血流皂苷微球。称取一定量的囊材,用 95% 乙醇溶解并配成不同浓度,将断血流皂苷溶于囊材溶液中,按一定比例配成待喷液,加入增塑剂和抗黏剂,搅拌均匀后进行喷雾干燥。进料速度为 2.5ml/min,进风温度 90 度。进风温度对微球成型至关重要,温度过低液滴未干燥易黏壁且喷嘴易堵塞,温度太高则易引起球壳破裂,降低包封率。
树脂溶液喷雾干燥实验:采用小型喷雾干燥机树脂水溶液进行实验。该小型喷雾干燥机适用于高校、研究所和食品医药化工企业实验室生产微量颗粒粉末,对乳浊液、悬浮液等溶液具有广谱适用性,尤其适用于对热敏感性物质的干燥。从实验的物料干燥成品来看,干燥后的树脂粉末流动性不错。
另外闭路循环喷雾干燥机采用氮气循环系统,可干燥含乙醇等有机成分的溶液。其通过闭环气体循环装置将氮气作为保护性介质循环利用,能消除溶剂蒸汽与氧气接触引发燃爆的风险,还采用多级冷凝回收装置高效回收挥发的有机溶剂,回收率可达 95% 以上。
喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳浊液、悬浮液和浆状物料瞬间干燥成粉状或颗粒状产品。工艺过程简单、干燥温和特别适合热敏性物料,还可以快速工业化放大生产。那艾实验仪器的试验中心配备了6台功能各异的喷雾干燥造粒试验机以及专业的试验人员,能基本满足客户在粉体样品的制取及干燥特性的确认等方面的需求,为喷雾干燥工艺研究提供可靠的依据。诚挚欢迎广大新老客户前来试验、洽谈。