专利名称：一种分级孔道泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种分级孔道结构泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法，属于无机非金属材料科学技术分支一炭素材料科学技术领域。
背景技术：
有序中孔炭是一种具有三维纳米结构的新型碳材料，因其独特的结构、高化学及热稳定性、高比表面积、大孔容以及单一可控的孔径分布使其在催化、吸附分离以及电化学等众多领域有着广泛的应用，因而受到人们的关注。迄今为止，有序中孔炭的研究工作多集中于合成新型的三维有序结构和孔径尺寸的控制。而整体块状的多级孔道结构因其具有更快的传质传热速度被认为在诸如单块高效液相色谱等领域有着广泛的应用。整体结构有序中孔碳材料以其优异特性而受到研究者的关注。目前，整体结构有序中孔炭材料多采用纳米复制法(nanocasting)得到，即以块状有序中孔硅材料为模板，通过液体碳源浸渍，炭化以及模板的洗脱等过程得到模板的反向复制产物，如赵东元等人(Yang H F, Shi Q H, Liu X Y, et al. Synthesis of ordered mesoporous carbon monoliths with bicontinuous cubic pore structure of Ia3d symmetry. Chemical Communications, 2002, (23) :2842-2843.)合成的具有Ia3d对称结构的块状有序中孔炭， Feng 等人(Shi Z G, Feng Y Q, Xu L, et al. A template method to control the shape and porosity of carbon materials. Carbon, 2004,42 (8-9) :1677-1682.)制备可控形状的块状中孔炭材料等等。虽然这种方法已得到较多的研究，然而，对比于使用粉末状模板， 块状模板有许多不足之处如有序中孔硅模板制备过程中，残留溶剂的去除总是伴随着严重的收缩而产生大尺寸的裂隙以及块状硅模板的形状和尺寸难以控制等问题。此外，对比粉末模板，块状模板需要长得多的浸渍时间使碳源充分进入模板孔道。同时，为了避免损坏块状模板，浸渍过程需要在无搅拌条件下进行，这可能导致碳源分布的不均勻。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种分级孔道结构泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法。该方法过程简单，分级孔道结构块状整体材料具有高度开放的大孔孔泡结构和有序中孔结构，同时泡沫炭的形状、尺寸易控。本发明采用的技术方案是一种制备分级孔道泡沫状有序中孔炭整体材料的方法具体步骤如下配制质量浓度为0. 01-0. 1草酸的糠醇溶液；按粉末状有序中孔硅材料与草酸的糠醇溶液重量比1 6-10配制悬浊液，搅拌悬浊液1-10小时；将作为模板的聚合物泡沫浸渍于所得悬浊液中2-10分钟，挤出过量的悬浊液；温度为80-180°C聚合固化0. 5- ，得到复合物泡沫，将上述复合物泡沫置于氮气气氛环境下，以0. 01-20°C · miiT1升温，升温至 600-900°C炭化处理0. 5-10小时，得到泡沫状有序中孔硅材料和碳的复合材料；将上述复合材料置于浓度为48%的氢氟酸中浸泡24h后清洗至中性，干燥得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所述粉末状有序中孔硅材料选自SBA15、SBA16、MCM48，粒径为40-8000目。所述模板的聚合物泡沫选自聚氨酯泡沫或酚醛树脂泡沫。上述技术方案采用粉末状有序中孔硅材料作为模板，糠醇作为碳源，通过溶液浸渍法将碳源引入有序中孔硅材料孔道内，在草酸催化作用下热聚合，经炭化得到硅碳复合材料，再通过氢氟酸洗脱硅模板剂从而得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所得分级孔道结构整体材料具有高度开放的大孔孔泡结构、有序且尺寸均一的介孔结构以及高比表面积和孔容。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)得到的泡沫炭兼具泡沫状高度开放的大孔和结构规整的有序中孔的分级孔道结构。(2)本发明可方便的调节泡沫体整体复合材料的孔结构、密度和强度。(3)制备过程简单、对设备要求不高，参数容易控制，操作容易、易于放大。
图1是实施例一所得泡沫状有序中孔炭整体材料扫描电镜照片。图2是实施例一所得泡沫状有序中孔炭整体材料高倍扫描电镜照片。图3是实施例二所得泡沫状有序中孔炭整体材料的小角XRD谱图。图4是实施例四所得泡沫状有序中孔炭整体材料的氮吸附曲线。
具体实施例方式下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明。实施例一配制质量浓度为0. 05草酸的糠醇溶液；按粉末状有序中孔硅材料SBA-15与草酸的糠醇溶液重量比1 10配制悬浊液，搅拌悬浊液1小时；将作为模板的聚胺脂泡沫浸渍于所得悬浊液中10分钟，挤出过量的悬浊液；温度为180°C聚合固化证，得到复合物泡沫， 将上述复合物泡沫置于氮气气氛环境下，以0. ore ^irT1升温，升温至700°C炭化处理1小时，得到泡沫状有序中孔硅材料和碳的复合材料。将上述复合材料置于浓度为48%的氢氟酸中浸泡24h后清洗至中性，干燥得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所得泡沫状有序中孔炭整体材料大孔孔径为500微米，BET比表面积为220m2 ^―1， BJH比表面积为149m2 · 总孔孔容为0. 15cm3 · g—1，中孔孔径3. 2nm。实施例二配制质量浓度为0. 1草酸的糠醇溶液；按粉末状有序中孔硅材料SBA-15与草酸的糠醇溶液重量比1 6配制悬浊液，搅拌悬浊液10小时；将作为模板的聚胺脂泡沫浸渍于所得悬浊液中2分钟，挤出过量的悬浊液；温度为80°C聚合固化lh，得到复合物泡沫，将上述复合物泡沫置于氮气气氛环境下，以2°C · miiT1升温，升温至700°C炭化处理1小时，得到泡沫状有序中孔硅材料和碳的复合材料。将上述复合材料置于浓度为48%的氢氟酸中浸泡24h后清洗至中性，干燥得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所得泡沫状有序中孔炭整体材料大孔孔径为500微米，BET比表面积为410m2冗―1，BJH比表面积为247m2 · g、总孔孔容为0. 29cm3 · g—1，中孔孔径3. 2nm。实施例三配制质量浓度为0. 05草酸的糠醇溶液；按粉末状有序中孔硅材料SBA-15与草酸的糠醇溶液重量比1 8配制悬浊液，搅拌悬浊液4小时；将作为模板的酚醛树脂泡沫浸渍于所得悬浊液中2分钟，挤出过量的悬浊液；温度为80°C聚合固化lh，得到复合物泡沫，将上述复合物泡沫置于氮气气氛环境下，以10°C · miiT1升温，升温至900°C炭化处理1小时， 得到泡沫状有序中孔硅材料和碳的复合材料。将上述复合材料置于浓度为48%的氢氟酸中浸泡24h后清洗至中性，干燥得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所得泡沫状有序中孔炭整体材料大孔孔径为300微米，BET比表面积为156m2冗―1， BJH比表面积为208m2 · 总孔孔容为0. 15cm3 · g—1，中孔孔径3. 2nm。实施例四配制质量浓度为0. 05草酸的糠醇溶液；按粉末状有序中孔硅材料MCM-48与草酸的糠醇溶液重量比1 8配制悬浊液，搅拌悬浊液6小时；将作为模板的聚胺脂泡沫浸渍于所得悬浊液中2分钟，挤出过量的悬浊液；温度为140°C聚合固化lh，得到复合物泡沫，将上述复合物泡沫置于氮气气氛环境下，以2V · miiT1升温，升温至700°C炭化处理1小时，得到泡沫状有序中孔硅材料和碳的复合材料。将上述复合材料置于浓度为48%的氢氟酸中浸泡24h后清洗至中性，干燥得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所得泡沫状有序中孔炭整体材料大孔孔径为300微米，BET比表面积为466m2冗―1， BJH比表面积为261m2 · g、总孔孔容为0. 26cm3 · g—1，中孔孔径2. 3nm。
权利要求
1.一种分级孔道结构泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下配制质量浓度为0.01-0. 1草酸的糠醇溶液；按粉末状有序中孔硅材料与草酸的糠醇溶液重量比1 6-10配制悬浊液，搅拌悬浊液1-10小时；将作为模板的聚合物泡沫浸渍于所得悬浊液中2-10分钟，挤出过量的悬浊液；温度为80-180°C聚合固化0. 5-5h， 得到复合物泡沫，将上述复合物泡沫置于氮气气氛环境下，以0. 01-20°C · miiT1升温，升温至600-900°C炭化处理0. 5-10小时，得到泡沫状有序中孔硅材料和碳的复合材料；将上述复合材料置于浓度为48%的氢氟酸中浸泡24h后清洗至中性，干燥得到泡沫状有序中孔炭整体材料。
2.根据权利要求1所述的一种分级孔道结构泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法， 其特征在于所述粉末状有序中孔硅材料选自SBA15、SBA16、MCM48，粒径为40-8000目。
3.根据权利要求1所述的一种分级孔道结构泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法， 其特征在于所述作为模板的聚合物泡沫选自聚氨酯泡沫或酚醛树脂泡沫。
全文摘要
一种分级孔道结构泡沫状有序中孔炭整体材料的制备方法，属于无机非金属炭素材料科学技术领域。该方法采用粉末状有序中孔硅材料作为模板，糠醇作为碳源，通过溶液浸渍法将碳源引入有序中孔硅材料孔道内，在草酸催化作用下热聚合，经炭化得到硅碳复合材料，再通过氢氟酸洗脱硅模板剂从而得到泡沫状有序中孔炭整体材料。所得分级孔道结构整体材料具有高度开放的大孔孔泡结构、有序且尺寸均一的介孔结构以及高比表面积和孔容，可方便的调节泡沫体整体复合材料的孔结构、密度和强度。制备过程简单、对设备要求不高，参数容易控制，操作容易、易于放大。可用作吸附材料、电池基板以及固定床填料等领域。
文档编号C01B31/02GK102249213SQ20111010325
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月24日 优先权日2011年4月24日
发明者凌铮, 周颖, 肖南, 赵宗彬, 邱介山 申请人:大连理工大学