一種新型納米碳晶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型納米碳晶。
【背景技術(shù)】
[0002]碳是世界上含量最廣的一種元素，碳材料是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的一種材料。隨著時(shí)代的變迀和科學(xué)的進(jìn)步，人們不斷地利用碳和發(fā)現(xiàn)碳，又發(fā)明了許多碳材料，例如:富勒稀、碳納米管、石墨稀等，納米碳晶便是碳材料家族中新的一員。新材料的出現(xiàn)意味著材料制備工藝的改進(jìn)。富勒烯的工業(yè)制備方法主要是燃燒法，主要用苯、甲苯在氧氣作用下通過不完全燃燒得到c6。與c7。的混合物，同時(shí)還有大量有毒氣體排出而污染環(huán)境，后續(xù)還需要用其它有機(jī)物進(jìn)行提純，制備工藝過程復(fù)雜。碳納米管的工業(yè)制備方法是電弧法，將石墨電極置于充滿氮?dú)饣驓鍤獾姆磻?yīng)容器中，在兩極之間發(fā)出電弧，在這種條件下制備出的是C6。、無定型C、多層的碳納米管，后續(xù)的提純處理也無法將c6。提純干凈得到純度高的碳納米管，而且這種制備方法能耗高。石墨烯的制備方法主要是氧化還原法，通過氧化劑將石墨氧化，增大石墨的層間距，再通過物理方法將其分離，最后通過化學(xué)法進(jìn)行還原得到石墨烯，這種方法得到的石墨烯產(chǎn)量高，但是產(chǎn)品質(zhì)量低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的納米碳晶。
[0004]基于上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種新型納米碳晶，該碳晶為類球形形貌，碳晶表面的C原子與內(nèi)層金剛石相的C原子構(gòu)成C原子的二聚體結(jié)構(gòu)，C原子的二聚體結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)碳原子為非對(duì)稱分布。
[0005]優(yōu)選地，晶格間距為0.21 nm。
[0006]優(yōu)選地，平均粒徑為R，0 < R彡10nm。
[0007]優(yōu)選地，該碳晶的C含量為99?100%。
[0008]該納米碳晶采用以下方法制備，步驟為:
(1)初步破碎:將金剛石原料機(jī)械破碎后，篩分出500目以上的細(xì)料，將該細(xì)料重復(fù)過篩一次以上，以保證分選粒度的準(zhǔn)確性；
(2)再次破碎:將篩分出500目以上細(xì)料輸送至氣流破碎機(jī)內(nèi)，利用高壓氣流對(duì)細(xì)料粉碎后篩分出10000目以上的細(xì)粉，篩余物返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎；
(3)酸洗:將10000目以上的細(xì)粉依次采用濃硫酸與濃硝酸混合液、稀鹽酸、氫氟酸對(duì)該細(xì)粉酸洗，然后使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7 ;，使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7 ;所述濃硫酸與濃硝酸混合液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%濃硝酸按照質(zhì)量比為5:1混合而成；
(4)分選:將清洗后的物料進(jìn)行離心分離，取上層液體進(jìn)行4-7天沉淀分選，去除上層清液，將下層沉淀物干燥后即得成品納米碳晶；離心分離步驟中，離心時(shí)間為30min-2h，轉(zhuǎn)速為 8000rpm-20000rpm。
[0009]進(jìn)一步地，在步驟(1)中，金剛石經(jīng)機(jī)械粉碎機(jī)的篩網(wǎng)篩出32目以上的顆粒，顆粒經(jīng)多級(jí)振篩機(jī)篩分出500目以上的細(xì)料。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的納米碳晶的具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)該納米碳晶的C含量在99?100%之間，純度很高，粒度范圍分布窄，0 < R彡10nm，產(chǎn)品結(jié)晶性較強(qiáng)，表面活性強(qiáng)，吸附能力強(qiáng)，形貌規(guī)整可控，損失率低，損失率可控制在1%以內(nèi)。
[0011](2)該納米碳晶能夠吸收太陽能的全譜，且表面碳原子活性高，與Ti02等催化劑結(jié)合后可在光照下吸收可見光，發(fā)出325-425nm的短波長光，從而激發(fā)1102等催化劑形成電子空穴對(duì)，電子空穴對(duì)轉(zhuǎn)化成活性基團(tuán)，從而降解有機(jī)染料分子，同時(shí)由于納米碳晶在Ti02等催化劑的表面，故而可以起到傳遞電子的作用，促使電荷的分離，電子沿納米碳晶表面?zhèn)鬏?，可以延長Ti02等催化劑的空穴壽命，提尚催化活性。
[0012](3)納米碳晶表面具有非對(duì)稱分布的C原子的二聚體結(jié)構(gòu)，具有很高的表面活性，很容易被表面功能化處理，可用于各種化妝品，同時(shí)由于具有耐磨性強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以用于各種清洗劑、機(jī)油添加劑、涂層添加劑等，增加耐磨性。
[0013](4)根據(jù)Raman測試結(jié)果，本發(fā)明的納米碳晶無任何光致發(fā)光現(xiàn)象，可用于隱形飛機(jī)表面涂層領(lǐng)域(要求有良好的光學(xué)隱蔽性能和耐高溫耐摩擦性能)，或用來制備特殊的光學(xué)器件，例如光學(xué)諧振器、極限顯示器等，在光學(xué)領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用。
[0014](5)納米碳晶粒徑小，很容易在鍍液中進(jìn)行分散，也很容易吸附到被鍍件表面，在被鍍件表面形成一層金剛石膜，這種膜導(dǎo)熱性好、耐磨，可用于各種發(fā)熱易磨損零件的表面處理。
[0015](6)納米碳晶物相構(gòu)成為金剛石相，具備硬度高、耐磨性強(qiáng)、導(dǎo)熱率高、穩(wěn)定高、親油疏水等特性，可廣泛用于改善傳統(tǒng)的磨削作業(yè)，提高磨削效率，降低成本。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖；
圖2是實(shí)施例1制備的納米碳晶的TEM分析圖；
圖3是實(shí)施例1制備的納米碳晶的XRD譜圖；
圖4是實(shí)施例1制備的納米碳晶的EDS譜圖；
圖5是實(shí)施例1制備的納米碳晶的Raman光譜圖；
圖6是實(shí)施例1制備的納米碳晶的MAS NMR譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]實(shí)施例1
一種新型納米碳晶，平均粒徑為R，0 < R彡10nm，C含量為99?100%，該碳晶為類球形形貌，碳晶表面的C原子與內(nèi)層金剛石相的C原子構(gòu)成C原子的二聚體結(jié)構(gòu)，C原子的二聚體結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)碳原子為非對(duì)稱分布，晶格間距為0.21nm。
[0019]實(shí)施例2
采用以下方法制備該納米碳晶，其工藝流程框圖如圖1所示，步驟為: (1)初步破碎:首先將金剛石原料送入機(jī)械破碎機(jī)的破碎腔內(nèi)，經(jīng)過破碎機(jī)內(nèi)部高速回轉(zhuǎn)的錘頭作用而破碎，破碎后的料經(jīng)過不同目數(shù)的篩網(wǎng)，大于篩網(wǎng)直徑的料留在破碎機(jī)內(nèi)部重新破碎，經(jīng)破碎機(jī)下層最細(xì)的篩網(wǎng)過濾的顆粒料經(jīng)篩板收集(篩網(wǎng)目數(shù)不低于32目)，而經(jīng)其它目數(shù)篩網(wǎng)過濾的料可當(dāng)做粗料出售或用于制備其它粒度的料；32目以上的顆粒利用多層振篩機(jī)進(jìn)行粒度初分，振篩時(shí)間一般控制在30min~3h，篩網(wǎng)目數(shù)依次從40目至IJ500目排布，40目篩網(wǎng)分選出的粗料返回機(jī)械破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎(圖1A)，40目至500目的篩網(wǎng)收集的料用于制備其它粒度的料，過500目篩網(wǎng)后收集的細(xì)料用于制備納米碳晶，為保證分選粒度的準(zhǔn)確性，對(duì)收集到的細(xì)料重復(fù)篩分選一次以上。
[0020](2)再次破碎:將步驟(1)篩分出的細(xì)料送入氣流破碎機(jī)破碎腔內(nèi)，利用高壓氣流對(duì)細(xì)料進(jìn)行破碎，在氣流破碎機(jī)收料口收集經(jīng)篩網(wǎng)篩分后的料，篩網(wǎng)目數(shù)從1000目到10000目從高到低依次排布，收集10000目篩網(wǎng)篩選的細(xì)粉用于制備納米碳晶，其它目數(shù)篩網(wǎng)收集的料用于制備其它料或仍返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎，1000目篩網(wǎng)收集的粗料自動(dòng)返回氣流破碎機(jī)進(jìn)行重新破碎(圖1B)。
[0021](3)酸洗:將收集的氣流破碎后10000目的細(xì)粉置于濃硫酸與濃硝酸混合液中酸洗l~5h、過濾、清洗，所述濃硫酸與濃硝酸混合液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%濃硫酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%濃硝酸按照質(zhì)量比為7:1.2混合而成；然后將細(xì)粉置于120°C ~180°C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%的稀鹽酸中4~llh、過濾；再將該細(xì)粉置于氫氟酸中5~20 h，去除料中的金屬雜質(zhì)以及在機(jī)械破碎、氣流破碎過程中附著在料上的雜質(zhì)，然后使用去離子水清洗至清洗液pH接近于7。
[0022](4)分選:將清洗后的物料進(jìn)行離心分離，離心時(shí)間為lh，轉(zhuǎn)速為lOOOOrpm，經(jīng)離心分選后分離心管上部混合液和離心管底部沉積料兩種；取上層混合液進(jìn)行5天沉淀分選，沉淀時(shí)間越長，分選到料的粒徑就越細(xì)，沉淀分選后去除上層清液，下層沉淀物經(jīng)粒度檢測合格后烘干后即可得到成品納米碳晶。離心管底部沉積料可以返回氣流破碎機(jī)繼續(xù)破碎也可以當(dāng)成較粗粒度的成品料出售。測得制備的納米碳晶的粒度為9-10nm，該處所述的粒度為一個(gè)很小的范圍內(nèi)的粒度峰值，該峰值的粒度在對(duì)應(yīng)的分選時(shí)間分選出的粒度中所占的比例至少在98%以上。
[0023]實(shí)施例3
實(shí)施例2的制備工藝與實(shí)施例1的不同之處在于:離心時(shí)間為30min，轉(zhuǎn)速為20000rpm，沉淀分選時(shí)間為4天。
[0024]制備出的納米碳晶的粒度為6~8nm。
[0025]實(shí)施例4
實(shí)施例3的制備工藝與實(shí)施例1的不同之處在于:離心時(shí)間為lh，轉(zhuǎn)速為lOOOOrpm，沉淀分選時(shí)間為6天。
[0026]制備出的納米碳晶的粒度為5