上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司  鐘英

1. 碳微球是由石墨片層在玻璃相的石墨結(jié)構(gòu)間斷分布而構(gòu)成，由于其具有高比表面，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性等，可以制備高強(qiáng)度高密度C／C復(fù)合材料、高性能液相色譜柱填料、高比表面積活性炭材料、鋰離子電池負(fù)極材料等一系列高性能碳材料。而作為碳微球的制備，經(jīng)過(guò)近幾年的研究，已經(jīng)有較大的進(jìn)展。總體看來(lái)，根據(jù)制備環(huán)境的不同，主要分為縮聚法，液相法及氣象沉積法三種。 

1）縮聚法

縮聚法主要用于中間相碳微球的制備。利用原料瀝青經(jīng)過(guò)熱縮聚得到中間相瀝青后分離得到中間相瀝青微球，再通過(guò)預(yù)氧化和炭化過(guò)程即得到產(chǎn)物。Esumi等[2]對(duì)煤瀝青QS進(jìn)行熱縮聚后經(jīng)分離得到C/H為2.314，直徑為2-15μm的碳微球，從而得到從瀝青得到碳微球的工業(yè)方法。今年以來(lái)，各國(guó)科學(xué)家分別以不同來(lái)源的瀝青，包括煤焦油瀝青等。縮聚法條件簡(jiǎn)單，操作容易，易于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。但也存在球徑分布廣，形狀和尺寸不均勻，收得率低的問(wèn)題。盡管如此，縮聚法仍是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)碳微球的主要方法。

2）液相法

液相法是指反應(yīng)體系初始主要相態(tài)為液態(tài)的一類制備方法。使用液相法制備中間相碳微球的方法是乳化法、懸浮法等，此后又有使用不同體系的制備方法的研究的報(bào)道。乳化法是由Kondama等[3]提出的，主要以喹啉可溶性中間相瀝青在磨碎后懸浮于硅油，加熱攪拌形成乳狀液，在低于軟化溫度下形成分散膠體，在表面張力作用下形成微球，有機(jī)溶劑清洗，干燥后炭化即可得碳微球。乳化法工藝復(fù)雜，因此應(yīng)用有限。懸浮法由于類似于縮聚物工業(yè)中制備縮聚物微球所采用的方法而得名。具體方法是把中間相瀝青溶于有機(jī)溶劑中，

利用表面活性劑與水或其他溶劑組成懸浮液，在一定溫度下強(qiáng)力攪拌，使中間相瀝青成球。然后加熱除去有機(jī)溶劑，冷卻、濾析、預(yù)氧化、炭化后得到中間相碳微球。對(duì)于此法的機(jī)理研究[4]表明，懸浮法由于使用了表面活性劑，能夠有效防止中間相瀝青小球的團(tuán)聚和融并。此法工藝復(fù)雜，需進(jìn)一步研究。除此之外，近年來(lái)又對(duì)不同溶液體系的中間相碳微球的制備進(jìn)行了廣泛研究。150-600nm的中空碳微球；Wang等[6]以熱解石墨為原料，以超聲波分散于去離子水中得到10到100nm的碳微球。Yang等[7]利用線性酚醛樹(shù)脂加入添加劑在甲醇體系中制備了孔徑為3-5nm的活性碳微球。Wang等[8]利用糖溶液在高壓中脫水后炭化得到一定碳微球。Yoshio等[9] 將NSF樹(shù)脂溶于水中經(jīng)噴霧器噴射于熱環(huán)境中，產(chǎn)物經(jīng)炭化后扥到球形碳微球。Wurmer等[10]

利用聚合物小球螯合Ni后加入NaCl進(jìn)一步螯合，干燥炭化得到核為Ni的磁性球。Konno等[11]利用相似方法得到核為Co的磁性碳微球。

碳微球高剪切分散機(jī)

2.碳微球 的分散效果  

影響分散乳化結(jié)果的因素有以下幾點(diǎn)

1 ）分散頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）

2 ）分散頭的剪切速率 （越大，效果越好）

3 ）分散頭的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒，中齒，細(xì)齒，超細(xì)齒，約細(xì)齒效果越好）

4 ）物料在分散墻體的停留時(shí)間，乳化分散時(shí)間（可以看作同等的電機(jī)，流量越小，效果越好）

5） 循環(huán)次數(shù)（越多，效果越好，到設(shè)備的期限，就不能再好）

線速度的計(jì)算

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對(duì)速率。

– 剪切速率 (s-1) = v 速率 (m/s) 
g 定-轉(zhuǎn)子 間距 (m)

由上可知，剪切速率取決于以下因素：

– 轉(zhuǎn)子的線速率

– 在這種請(qǐng)況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子 間距。
IKN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm

速率V=3.14 X D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM / 60

 高的轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)于獲得超細(xì)微懸浮液是***重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出ERX2000超高速剪切乳化機(jī)機(jī)。其剪切速率可以超過(guò)200.00 rpm，轉(zhuǎn)子的速度可以達(dá)到66m/s。在該速度范圍內(nèi)，由剪切力所造成的湍流結(jié)合專門(mén)研制的電機(jī)可以使粒徑范圍小到納米級(jí)。剪切力更強(qiáng)，乳液的粒經(jīng)分布更窄。由于能量密度極高,無(wú)需其他輔助分散設(shè)備,可以達(dá)到普通的高壓均質(zhì)機(jī)的400BAR壓力下的顆粒大小.

3.碳微球高剪切分散機(jī)：  

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