三维多孔材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料领域，具体地，涉及一种三维多孔材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]多孔材料是当前材料科学中发展较为迅速的一种材料，特别是具有纳米量级孔径的多孔材料，具有更加独特的性质和应用范围。多孔材料的应用领域很广泛的实际应用，如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要的作用。
[0003]多孔材料的研究范围很广，目前研究得较多的有各种无机气凝胶、有机气凝胶闭、多孔半导体材料多孔金属材料等。这些材料的共同特点是密度小，孔洞率高，比表面积大，可选择性透过气体。根据国际纯化学及应用化学组织(IUPAC)的定义):孔径小于2nm以下的孔称为微孔，孔径在2nm以上50nm以下的称为介孔，50nm以上的称为宏孔或大孔。一般说来，材料的孔径小，则气体的渗透性差而选择透过性好；材料的孔径大，则气体的渗透性好而选择透过性差，介孔材料两方面性能都较好，因而受到广泛重视
[0004]多孔材料在工业生产上的应用范围包括:高效气体分离膜，化学过程的催化膜，高速电子系统的衬底材料，光学通讯材料的先驱体，高效隔热材料，化学电源的多孔电极或者隔膜材料，燃料(包括天然气和氢气)的存储介质，环境净化的选择吸收剂，可重复使用的特殊过滤装置。
[0005]有序微孔和介孔分子筛的主要合成方法有:溶剂热法，溶胶-凝胶法等。其中溶剂热法是广泛使用且研究最透彻的一种方法，几乎所有的介孔分子筛都可以使用溶剂热法得到。溶剂热是利用预先制备的杂合物前驱体在高温高压下反应活性得以提高，前驱体间发生相互作用而自组装生成有序微观尺度或者介观尺度分子筛。溶胶-凝胶法则通常是利用金属醇盐在含有表面活性剂的溶剂中水解作用产生的中间产物与表面活性剂活性基团相互作用而自组装生成多孔纳米材料。由于溶胶-凝胶法制备条件温和，重现性好，有利于得到均匀负载型多孔材料，因而近来受到更为广泛的关注。蒸发引导自组装(EISA)技术是一种改进的溶胶-凝胶方法。这种方法已经成功应用于许多无机多孔材料的合成。硬模板法也是一种广泛使用的方法，例如采用多孔铝板或者聚合物作用模板已经成功合成了许多新材料此外，还迅速发展了其它的方法，诸如微波法、超声法等。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三维多孔材料的制备方法。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的，
[0008]本发明涉及一种三维多孔材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0009]步骤1，将水溶性聚合物与溶剂按比例混合溶解，加入固体填充物后,进行分散处理，得A溶液；
[0010]步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，真空冷冻干燥，即可得三维多孔材料。
[0011]优选地，步骤I中，所述水溶性聚合物使用量占A溶液质量的0.001-90%。
[0012]优选地，步骤I中，所述水溶性聚合物为天然类水溶性聚合物及其改性产品、合成类水可溶性聚合物、有机溶剂可溶型聚合物中的一种或者几种的混合。
[0013]优选地，步骤I中，所述水溶性聚合物为水可溶型淀粉、海藻酸钠，琼胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、瓜尔胶、卡拉胶、果胶、卡拉胶、明胶、干酪素、壳聚糖、黄原胶、结冷胶、透明质酸、羧甲基纤维素钠，聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺的一种或者几种的混合。
[0014]优选地，步骤I中，所述溶剂为水、水溶液、一个标准大气压下的凝固点在-100°C以上的易升华有机溶剂中的一种或者几种的混合。
[0015]优选地，步骤I中，所述溶剂为叔丁醇水溶液或水。
[0016]优选地，步骤I中，所述固体填充物为无机粉体材料、有机合成类粉体材料或复合粉体材料。
[0017]优选地，所述固体填充物为碳粉，所述碳粉的粒径为I纳米至100微米。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0019](I)本发明制备方法简单，绿色环保；
[0020](2)本发明方法制得的三维多孔材料具有孔容积和比表面积较大的优点，且适用范围广泛。
[0021](3)本发明制备的三维多孔材料具有三维立体结构、孔隙率高、比表面积大等特点，而且孔体积和孔径大小均可以调整，操作方便且适用范围广泛的优点。
【附图说明】
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0023]图1为本发明三维纳米碳电极扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0025]实施例1
[0026]本实施例涉及一种三维多孔材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0027]步骤1，将2克聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解到100克水中，加入8克粒径为50纳米的碳粉Super P后，进行分散处理，得A溶液；
[0028]步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，然后-44°C真空冷冻干燥24小时，即可得三维多孔材料。
[0029]材料的扫描电镜照片见图1。
[0030]实施例2
[0031]本实施例涉及一种三维多孔材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0032]步骤1，将2克土豆淀粉溶解到100克水中，加入8克粒径为100纳米的碳粉后，进行分散处理，得A溶液；
[0033]步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，然后-44°C真空冷冻干燥24小时，即可得三维多孔材料。
[0034]实施例3
[0035]本实施例涉及一种三维多孔材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0036]步骤1，将2克聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解到100克水中，加入8克粒径为200纳米的二氧化硅粉后，进行分散处理，得A溶液；
[0037]步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，然后-44°C真空冷冻干燥24小时，即可得三维多孔材料。
[0038]实施例4
[0039]本实施例涉及一种三维多孔材料的制备方法，所述方法包括如下步骤:
[0040]步骤I，将2克聚乙烯吡咯烷酮溶解到100克叔丁醇水溶液中，加入8克粒径为50纳米碳粉后，进行分散处理，得A溶液；
[0041]步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，然后-44°C真空冷冻干燥24小时，即可得三维多孔材料。
[0042]实施效果:本实施例1-4是利用水溶性聚合物与溶剂在冷冻过程中，溶剂结晶过程使分散或溶解在溶剂中的包括聚合物在内的组分将发生定向的排列，随着真空干燥的进行，溶剂的逐渐升华脱去，定向排列的聚合物的形状将得以保留，成为其他组分的模板，最终形成三维多孔材料。本发明制备的多孔材料具有三维立体结构、孔隙率高、比表面积大等特点，而且孔体积和孔径大小均可以调整，操作方便且适用范围广泛。
[0043]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种三维多孔材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 步骤1，将水溶性聚合物与溶剂按比例混合溶解，加入固体填充物后，进行分散处理，得A溶液； 步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，真空冷冻干燥，即可得三维多孔材料。
2.如权利要求1所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤I中，所述水溶性聚合物使用量占A溶液质量的0.001-90%。
3.如权利要求1所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤I中，所述水溶性聚合物为天然类水溶性聚合物及其改性产品、合成类水可溶性聚合物、有机溶剂可溶型聚合物中的一种或者几种的混合。
4.如权利要求3所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤I中，所述水溶性聚合物为水可溶型淀粉、海藻酸钠，琼胶、阿拉伯胶、黄蓍胶、瓜尔胶、卡拉胶、果胶、卡拉胶、明胶、干酪素、壳聚糖、黄原胶、结冷胶、透明质酸、羧甲基纤维素钠，聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯胺的一种或者几种的混合。
5.如权利要求1所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤I中，所述溶剂为水、水溶液、一个标准大气压下的凝固点在-100°c以上的易升华有机溶剂中的一种或者几种的混合。
6.如权利要求5所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤I中，所述溶剂为叔丁醇水溶液或水。
7.如权利要求1所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤I中，所述固体填充物为无机粉体材料、有机合成类粉体材料或复合粉体材料。
8.如权利要求7所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于，所述固体填充物为碳粉，所述碳粉的粒径为I纳米至100微米。
【专利摘要】本发明提供了一种三维多孔材料的制备方法；所述方法包括如下步骤：步骤1，将水溶性聚合物与溶剂按比例混合溶解，加入固体填充物后，进行分散处理，得A溶液；步骤2，将所述A溶液置于液氮中进行冷冻成型，干燥，即可得三维多孔材料。本发明制备方法简单，绿色环保；本发明方法制得的三维多孔材料具有，孔容积和比表面积较大的优点，且适用范围广泛。本发明制备的三维多孔材料具有三维立体结构、孔隙率高、比表面积大等特点，而且孔体积和孔径大小均可以调整，操作方便且适用范围广泛的优点。
【IPC分类】C08K3-36, C08J9-00, C08J9-28, C08K3-04, C08L3-02, C08L39-06
【公开号】CN104693474
【申请号】CN201310659167
【发明人】章俊良, 夏国锋, 蒋峰景, 吴若飞, 沈水云, 朱凤娟
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月6日