专利名称：一种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法
技术领域：
本发明涉及一种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，属于炭素材料技术领域。
背景技术：
炭材料由于其优异的高导热、高耐热、良好化学惰性、高电导率等特点使其广泛应用于能源、化工、环保、电子、航空航天等诸多国民经济领域。而作为炭材料和炭制品主要来源的化石资源(如煤、石油、浙青等)的大量开采和日趋严重的环境问题，使这些传统炭材料和炭制品的研究和应用受到很大限制。因此，寻求廉价、清洁的可再生的资源作为制备炭材料的原料已备受国内外学者的广泛关注。淀粉是一种来源广泛、价格低廉的可再生天然碳源，采用一定的物理方法、化学方法和酶改性技术，可以对淀粉的分子结构、物理化学性质进行调变。近年来以价廉易得且物理化学性质可调变的淀粉为碳源的各种新结构的炭材料已经成功合成。约克大学Clark 等以淀粉为碳源，利用淀粉易于膨胀的性质合成了孔径可调的中孔炭催化材料，他们的工作表明磺化后淀粉基中孔炭材料是一种可重复利用、环境友好的酸酯化反应催化剂；中国石油大学(华东)申文忠博士等以水溶性淀粉为碳源合成了多尺度中孔炭材料(孔径为3. 8-4. 2nm,6-10nm和ll_15nm)。王成扬等在“淀粉基碳微球的制备方法”(专利号 200710150251)中，以淀粉为碳源，采用预氧化-炭化两步法制备了椭球形的淀粉基碳微球；广西师范大学的李庆余教授也以淀粉为碳源合成了各种淀粉基炭材料如活性炭、多孔碳球等，并对淀粉基炭材料的电化学性能进行了测试，此外，他们在“微米多孔碳微球的制备方法”(专利号200710050549)中，以改性后的淀粉(多孔淀粉)为碳源，可溶性锡酸盐、 锡盐或硅酸盐为球形多孔淀粉的保护剂，采用炭化法制备得到了微米级多孔碳微球。但是， 以多孔淀粉为碳源，借助简单有效的预氧化技术，制备兼具磁分离功能的分级孔结构微米级磁性炭微球的方法国内外未见报道。本发明采用简单的预氧化和炭化两步法制备具有分级孔微米级磁性炭微球。
发明内容
本发明提供一种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，该方法采用简单预氧化和炭化两步法制备具有分级孔微米级磁性炭微球，制备工艺简单、低成本，以多孔淀粉为前驱体制备具有特定形貌和功能的具有高附加值的磁性多孔炭微球。本发明采用的技术方案一种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法包括下列步骤(I)将一定配比的金属盐与氢氧化钠溶解于30 70mL乙二醇溶液中，惰性气氛保护下，在170 190°C油浴中反应3 6h制得金属/金属氧化物纳米粒子后，向其中加入 5 IOg多孔淀粉，抽滤并干燥，得到金属或金属氧化物/多孔淀粉配合物；(2)将金属或金属氧化物/多孔淀粉配合物置于干燥箱中，在170 190°C预氧化
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图I为本发明分级孔微米级磁性炭微球的扫描电镜照片。具体实施方法下面通过实施例对本发明进一步说明。实施例一称取O. 5g硝酸铁和O. 2g氢氧化钠溶解于30mL乙二醇中，超声处理使其充分溶解，然后将混合液于180°C加热3h制得铁/氧化亚铁纳米粒子，期间不断通入氮气做为保护气；称取5g多孔玉米淀粉加到铁/氧化亚铁纳米粒子中，搅拌均匀后抽滤并干燥得到铁/ 氧化亚铁纳米粒子与多孔玉米淀粉的配合物；然后再将此配合物置于180°C鼓风干燥箱中预氧化24h，最后于管式炭化炉中在氢气气氛下炭化4h，其中，升温速率为5°C /min,炭化温度为900°C，最终制得了分级孔微米级磁性炭微球。实施例二称取Ig硝酸钴和O. 4g氢氧化钠溶解于60mL乙二醇中，磁力搅拌使其充分溶解， 然后将混合液于180°C加热4h制得铁/氧化钴纳米粒子，期间不断通入氩气做为保护气； 称取IOg多孔玉米淀粉加到铁/氧化钴纳米粒子中，搅拌均匀后抽滤并干燥得到铁/氧化亚铁纳米粒子与多孔玉米淀粉的配合物；然后再将此配合物置于180°C鼓风干燥箱中预氧化30h，最后于管式炭化炉中在氢气气氛下炭化7h，其中，升温速率为10°C /min，炭化温度为700°C，最终制得了分级孔微米级磁性炭微球。实施例三称取O. 5g硝酸镍和O. 2g氢氧化钠溶解于40mL乙二醇中，超声处理使其充分溶解，然后将混合液于170°C加热5h制得镍/氧化镍纳米粒子，期间不断通入氮气做为保护气；称取6g多孔马铃薯淀粉加到镍/氧化镍纳米粒子中，搅拌均匀后抽滤并干燥得到镍/ 氧化镍纳米粒子与多孔玉米淀粉的配合物；然后再将此配合物置于170°C鼓风干燥箱中预氧化36h，最后于管式炭化炉中在氢气气氛下炭化6h，其中，升温速率为2V /min,炭化温度为800°C，最终制得了分级孔微米级磁性炭微球。实施例四称取O. 5g醋酸铁和O. 2g氢氧化钠溶解于50mL乙二醇中，超声处理使其充分溶解，然后将混合液于190°C加热3h制得铁/氧化亚铁纳米粒子，期间不断通入氩气做为保护气；称取Sg多孔玉米淀粉加到铁/氧化亚铁纳米粒子中，搅拌均匀后抽滤并干燥得到铁/ 氧化亚铁纳米粒子与多孔玉米淀粉的配合物；然后再将此配合物置于180°C鼓风干燥箱中预氧化48h，最后于管式炭化炉中在氢气气氛下炭化8h，其中，升温速率为6°C /min,炭化温度为900°C，最终制得了分级孔微米级磁性炭微球。实施例五称取Ig醋酸镍和O. 4g氢氧化钠溶解于70mL乙二醇中，超声处理使其充分溶解， 然后将混合液于170°C加热6h制得铁/氧化镍纳米粒子，期间不断通入氮气做为保护气； 称取IOg多孔木薯淀粉加到铁/氧化镍纳米粒子中，搅拌均匀后抽滤并干燥得到铁/氧化亚铁纳米粒子与木薯玉米淀粉的配合物；然后再将此配合物置于190°C鼓风干燥箱中预氧化32h，最后于管式炭化炉中在氢气气氛下炭化5h，其中，升温速率为8°C /min,炭化温度为 IOOO0C，最终制得了分级孔微米级磁性炭微球。实施例六称取Ig醋酸钴和O. 4g氢氧化钠溶解于70mL乙二醇中，超声处理使其充分溶解， 然后将混合液于170°C加热6h制得铁/氧化钴纳米粒子，期间不断通入氮气做为保护气； 称取IOg多孔木薯淀粉加到铁/氧化钴纳米粒子中，搅拌均匀后抽滤并干燥得到铁/氧化亚铁纳米粒子与木薯玉米淀粉的配合物；然后再将此配合物置于190°C鼓风干燥箱中预氧化28h，最后于管式炭化炉中在氢气气氛下炭化5h，其中，升温速率为4°C /min,炭化温度为 IOOO0C，最终制得了分级孔微米级磁性炭微球。
权利要求
1.一种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，其特征是该方法包括下列步骤(1)将一定配比的金属盐与氢氧化钠溶解于30 70mL乙二醇溶液中，惰性气氛保护下，在170 190°C油浴中反应3 6h制得金属/金属氧化物纳米粒子后，向其中加入5 IOg多孔淀粉，抽滤并干燥，得到金属或金属氧化物/多孔淀粉配合物；(2)将金属或金属氧化物/多孔淀粉配合物置于干燥箱中，在170 190°C预氧化24 48h，然后再将此配合物在氢气气氛下，以2 10°C /min升温至700 1000°C，炭化4 8h，自然冷却至室温，得到分级孔微米级磁性炭微球。
2.根据权利要求I所述的简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，其特征是所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔马铃薯淀粉或多孔木薯淀粉。
3.根据权利要求I所述的简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，其特征是所述的金属盐选自硝酸铁、硝酸钴或硝酸镍，或金属的醋酸盐。
4.根据权利要求I所述的简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，其特征是所述的金属盐与氢氧化钠的配比按摩尔比为I:3或I:2计量。
全文摘要
一种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法，属于炭素材料技术领域。这种简单制备分级孔微米级磁性炭微球的方法包括以下两个步骤1、将一定配比的金属盐与氢氧化钠溶解于30～70mL乙二醇溶液中，惰性气氛保护下，在170～190℃油浴中反应3～6h制得金属/金属氧化物纳米粒子后，向其中加入5～10g多孔淀粉，抽滤并干燥，得到金属或金属氧化物/多孔淀粉配合物；2、将配合物置于干燥箱中于170～190℃预氧化24～48h后，再将其在氢气气氛下，于700～1000℃下炭化4～8h，得到分级孔微米级磁性炭微球。该方法所用原料为廉价易得的商品化多孔淀粉，所得的磁性炭材料具有不规则圆形颗粒特征，该材料在生物材料、催化、分离等领域有着潜在的应用前景。
文档编号B01J13/02GK102580637SQ20121004496
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者于畅, 张旭, 段江波, 邱介山 申请人:大连理工大学