一种制备高比表面积SiC纳米微球的方法
【专利摘要】一种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，将碳微球与二氧化硅微球混合均匀，得到混合粉末；其中碳微球粒径为200～400nm，与二氧化硅微球的粒径为100～200nm；将混合粉末放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200℃时将真空烧结炉抽真空，然后继续升温至1300℃～1500℃，在1300℃～1500℃下烧结，得到产物；将产物在400-600℃下煅烧，得到高比表面积SiC纳米微球。本发明操作简单，成本低廉，可重复性好，有利于工业化生产。本发明所制得的SiC纳米微球的粒度均匀，纯度高，直径在200～500nm范围内可控，比表面积可以达到25～60m2/g。
【专利说明】—种制备高比表面积SiC纳米微球的方法【技术领域】
[0001]本发明属于无机材料制备【技术领域】，具体涉及ー种制备高比表面积SiC纳米微球的方法。
【背景技术】
[0002]SiC是由碳和硅构成的共价键化合物，具有类似金刚石的四面体结构单元，因而具有非常好的化学稳定性、高的机械强度和硬度，以及良好的导热导电性能。与传统的氧化铝、氧化硅、活性碳催化剂载体材料相比，SiC作为催化剂载体材料明显具有以下方面的优点:(1)良好的导热导电性能，有利于催化剂在反应过程中的热传递以及催化剂活性组分与载体间的电子传递；(2)化学稳定性好，不易与活性组分产生相互作用，有利于保持催化剂结构的稳定；(3)高的机械强度和硬度，有利于提高催化剂的强度和耐磨损性能，延长催化剂寿命。基于上述优点，SiC作为催化剂载体，已被成功应用于ー些重要的化学反应当中。然而，在多相催化技术发展的一百多年历史中，却很少看到SiC在エ业化应用的身影。究其原因，是因为商业化方法生产出来的SiC其比表面积难以满足催化剂载体材料的要求。因此，高比表面积碳化硅的开发已引起了研究者的重视，相关的研究日益增多。
[0003]近年来，纳米技术的发展，开辟了高比面积SiC的一个新领域。纳米SiC不仅可以大幅度提高其比表面积，而起更具有某些卓越甚至不可替代的性能，在ー些化学反应中显示出非同寻常的效果，成为ー种颇具潜力的催化剂载体。尤其是纳米微球结构的SiC以其独特的性质，如单分散、稳定性、可调控性、自组装成为近年来材料科学前沿的一个日益重要的研究令页域° Kun Wang 等在 Synthesis of nanostructured silicon carbide spheresfrom mesoporous C-Si02nanocomposites [Chem.Commun., 2010, 46, 303 - 305]中以正娃酸こ酯和糠醇分别作为硅源和碳源，先合成C-SiO2的介孔纳米复合材料，再经过1350°c碳热还原反应得到SiC微球。然而，该方法在合成C-SiO2复合体系中需要加入三嵌段共聚物P123，同时合成的C-SiO2前驱体还需要经过在氮气条件下550°C的煅烧过程。该方法制备过程比较复杂，C-SiO2复合体系中的`C/Si摩尔比难以控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，其操作简单，可重复性好，有利于エ业化生产。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0006]本发明包括以下步骤:包括以下步骤:
[0007]I)将碳微球与二氧化硅微球按质量比(1:1)~(2:1)混合均匀，得到混合粉末；其中碳微球粒径为200~400nm，与二氧化硅微球的粒径为100~200nm ；
[0008]2)将混合粉末放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时将真空烧结炉抽真空，然后继续升温至1300°C~1500°C，在1300°C~1500°C下烧结，然后自然降温至室温，得到产物；[0009]3)将产物在400-600°C下煅烧，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
[0010]所述步骤2)中将混合粉末放入真空烧结炉前，先将混合粉末放入刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，混合粉体堆积高度控制在10_以内。
[0011]所述步骤2)中反应的时间为30~90min。
[0012]所述步骤3)中煅烧是在马弗炉中进行的。
[0013]所述步骤3)中煅烧的时间为1-2小时。
[0014]本发明具有以下有益效果:本发明以碳微球、SiO2微球为原料，将作为碳源的碳微球和作为硅源的SiO2微球，混合均匀后，置入真空烧结炉中反应烧结，在将烧结后的产物在空气中煅烧去除残留的碳，得到高比表面积的SiC纳米微球。本发明操作简单，成本低廉，可重复性好，有利于エ业化生产。本发明所制得的SiC纳米微球的粒度均匀，纯度高，直径为200~500nm,比表面积可以达到25~60m2/g。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明制备的SiC纳米微球的扫描电镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图通过实施例对本发明做详细说明。
[0017]本发明中碳微球按照专利201210235639.9所述方法制备，二氧化硅微球按照专利201210235695.2所述方法制备。
[0018]实施例1
[0019]I)将碳微球与二氧化硅微球按照质量比为2:1在机械搅拌下混合均匀，得到混合粉末，其中碳微球粒径为200~400nm，SiO2微球的粒径为100~200nm。
[0020]2)混合粉末放置在刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，避免按压，将混合粉末堆积高度控制为1mm ;
[0021]3)将装好混合粉末的刚玉坩埚放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时抽真空，然后继续升温至1300°C，并在1300°C下反应90min ；
[0022]4)将产物放入马弗炉中，在400°C下煅烧2小时去除残留的碳，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
[0023]本实施例所得的SiC纳米微球直径在200nm左右，比表面积约为60m2/g。
[0024]实施例2
[0025]步骤1:将碳微球与二氧化硅微球按照质量比1:1在机械搅拌下混合均匀，得到混合粉末；其中，碳微球粒径为200~400nm，Si02微球的粒径为100~200nm。
[0026]步骤2:将混合粉末放置在刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，避免按压，将混合粉体堆积高度控制为IOmm ；
[0027]步骤3:将装好混合粉末的刚玉坩埚放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时抽真空，然后继续升温至1500 V，并在1500°C下反应30min，然后自然降温至室温，得到产物；
[0028]4)将产物放入马弗炉中，在600°C下煅烧I小时去除残留的碳，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
[0029]本实施例所得的SiC纳米微球直径在500nm左右，比表面积约为25m2/g。
[0030]实施例3
[0031]步骤1:将碳微球与二氧化硅微球按照质量比1.5:1在机械搅拌下混合均匀，得到混合粉末，其中碳微球粒径为200~400nm，SiO2微球的粒径为100~200nm。
[0032]步骤2:将混合粉末放置在刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，避免按压，将混合粉末堆积高度控制为5_ ；
[0033]步骤3:将装好混合粉末的刚玉坩埚放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时抽真空，然后继续升温至1400 V，并在1400°C下反应90min，然后自然降温至室温，得到产物；
[0034]步骤4:将产物放入马弗炉中，在500°C下煅烧I小时去除残留的碳，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
[0035]本实施例所得的SiC纳米微球直径在300nm左右，比表面积约为40m2/g。
[0036]实施例4
[0037]步骤1:将碳微球与二氧化硅微球按照质量比1.2:1在机械搅拌下混合均匀，得到混合粉末，其中碳微球粒径为200~400nm，SiO2微球的粒径粒径为100~200nm。
`[0038]步骤2:将混合粉末放置在刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，避免按压，将混合粉末堆积高度控制为3_ ；
[0039]步骤3:将装好混合粉末的刚玉坩埚放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时抽真空，然后继续升温至1350 V，并在1350°C下反应50min，然后自然降温至室温，得到产物；
[0040]步骤4:将产物放入马弗炉中，在450°C下煅烧I小时去除残留的碳，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
[0041]实施例5
[0042]步骤1:将碳微球与二氧化硅微球按照质量比1.7:1在机械搅拌混合均匀，得到混合粉末，其中碳微球粒径为200~400nm，SiO2微球的粒径为100~200n。
[0043]步骤2:将混合粉末放置在刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，避免按压，将混合粉末堆积高度控制为8_ ；
[0044]步骤3:将装好混合粉末的刚玉坩埚放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时抽真空，然后继续升温至1450 V，并在1500°C下反应70min，然后自然降温至室温，得到产物；
[0045]步骤4:将产物放入马弗炉中，在550°C下煅烧1.7小时去除残留的碳，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
[0046]请參阅图1所示，图1是本发明制备的SiC纳米微球的SEM形貌。由图1可以看出:本发明制备的SiC纳米微球的表面粗糙，由许多直径在10~20nm的小颗粒组成，为SiC纳米微球的闻比表面积提供了有利条件。
[0047]本发明操作简单，可重复性好，有利于エ业化生产。本发明得到的SiC纳米微球粒度均匀，纯度高，直径在200~500nm之间可控，比表面积可以达到25~60m2/g。
【权利要求】
1.一种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将碳微球与二氧化硅微球按质量比(1:1)~(2:1)混合均匀，得到混合粉末；其中碳微球粒径为200~400nm，与二氧化硅微球的粒径为100~200nm ； 2)将混合粉末放入真空烧结炉中，将真空烧结炉抽真空后通入氩气，并在氩气保护下自室温升温至1200°C时将真空烧结炉抽真空，然后继续升温至1300°C~1500°C，在1300°C~1500°C下烧结，然后自然降温至室温，得到产物； 3)将产物在400-600°C下煅烧，自然冷却至室温，得到高比表面积SiC纳米微球。
2.根据权利要求1所述的ー种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，其特征在于，所述步骤2)中将混合粉末放入真空烧结炉前，先将混合粉末放入刚玉坩埚内，并保持混合粉体自然堆积，混合粉体堆积高度控制在10_以内。
3.根据权利要求1所述的ー种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，其特征在于，所述步骤2)中反应的时间为30~90min。
4.根据权利要求1所述的ー种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，其特征在于，所述步骤3)中煅烧是在马弗炉中进行的。
5.根据权利要求1或4所述的ー种制备高比表面积SiC纳米微球的方法，其特征在干，所述步骤3)中煅烧的时间为1-2小吋。
【文档编号】B82Y30/00GK103553043SQ201310468042
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】欧阳海波, 李翠艳, 黄剑锋, 曹丽云, 殷立雄, 费杰 申请人:陕西科技大学