專利名稱：一種介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法.
背景技術(shù)：
介孔碳材料由于其較大的比表面積和孔容、可調(diào)的孔徑結(jié)構(gòu)、較高的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，在溶菌酶、細(xì)胞色素C、脂肪酶等生物酶分子固定化方面獲得廣泛的應(yīng)用.介孔納米復(fù)合材料的制備，不僅可以豐富介孔材料的種類，而且相對(duì)于單一元素的介孔材料來說，可以改善其性能，有效增加其應(yīng)用價(jià)值.介孔碳/硅復(fù)合材料是一種重要的介孔納米復(fù)合材料，介孔碳體系中硅組分的加入，可以增加介孔孔壁表面不飽和基團(tuán)的數(shù)量，提高介孔材料的可修飾性，進(jìn)而通過有機(jī)基團(tuán)的修飾引起酶分子在介孔材料中固定效率和固定化強(qiáng)度的增加.此外，介孔體系中的硅組分還可以提高單一介孔碳材料的穩(wěn)定性，避免其在焙燒和使用過程中骨架收縮嚴(yán)重、易坍塌、孔徑小等缺點(diǎn)，提高其在酶固定催化過程中的使用范圍和次數(shù).

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、操作方便、且重復(fù)性強(qiáng)的介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法.
本發(fā)明所提供的介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟:一種介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:1)將F127溶解在乙醇和水形成的20°C 50°C的混合溶液中；2)等F127完全溶解，在步驟I)的混合溶液中加入間苯二酚和正硅酸乙酯，通過加入鹽酸使得溶液中HCl濃度在0.5M 2M之間，繼續(xù)攪拌2h ；3)在步驟2)得到的溶液中加入甲醛，繼續(xù)攪拌4h使反應(yīng)完全進(jìn)行；反應(yīng)體系中F127:乙醇:水:間苯二酚:正硅酸乙酯:甲醛的摩爾比為:0.ΟΓΟ.03:20:20^50:Γ4:0.5 2:1 5 ；4)將步驟3)得到的溶液傾倒于培養(yǎng)皿中陳化，使樣品分層；5)將步驟4)中分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在100°C 160°C的烘箱中熱聚合12 24h ；6)將步驟5)中所得樣品在惰性氣氛600°C、50°C焙燒I飛h，自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料。F127為三嵌段共聚物表面活性劑PEOiq6PPO7qPEOici6.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，其氮?dú)馕矫摳降葴鼐€為第IV等溫線，說明其為介孔結(jié)構(gòu)。


:圖1實(shí)施例2中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的TEM圖
圖2實(shí)施例3中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的TEM3實(shí)施例4中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的TEM4實(shí)施例4中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的氮?dú)馕矫摳降葴鼐€5實(shí)施例4中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的孔徑分布6實(shí)施例4中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的EDS能譜7實(shí)施例4中所得介孔碳/硅復(fù)合材料對(duì)溶菌酶的吸附量隨酶濃度變化曲線圖8實(shí)施例4中所得介孔碳/硅復(fù)合材料對(duì)溶菌酶吸附量隨時(shí)間變化曲線圖9實(shí)施例7中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的TEM10實(shí)施例7中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的氮?dú)馕矫摳降葴鼐€11實(shí)施例7中所得介孔碳/硅復(fù)合材料的孔徑分布圖
具體實(shí)施方式
:實(shí)施例1I)將1.26g F127溶解在11.5ml乙醇和3.6ml水形成的20°C的混合溶液中.
2)等F127完全溶解，在步驟I)溶液中加入1 .1g間苯二酚、1.1ml正硅酸乙酯，通過加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液中HCl濃度為0.5M.
3)繼續(xù)攪拌2h后，在步驟2)溶液中加入Iml甲醛溶液，在此溫度下繼續(xù)攪拌4h使反應(yīng)完全進(jìn)行.
反應(yīng)體系中加入的F127:乙醇:水:間苯二酚:正硅酸乙酯:甲醛的摩爾比為:0.01:20:20:1:0.5:1.
4)攪拌停止后，將步驟3)中溶液傾倒于培養(yǎng)皿中陳化使樣品分層.
5)將步驟4)中分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在100 0C的烘箱中熱聚合12h.
6)將步驟5)中所得樣品在600°C氮?dú)鈿夥障卤簾齀h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，其氮?dú)馕矫摳降葴鼐€為第IV等溫線，說明其為介孔結(jié)構(gòu)，最可幾孔徑為7.6nm.BET比表面積為566.5m2/g,孔容為0.54cm3/g°實(shí)施例2I) F127、乙醇、水加入量同實(shí)施例1，只是溶液的溫度調(diào)整為30°C.
2)同實(shí)施例1，但是加入鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)體系HCl濃度為1M.
3 )其他步驟同實(shí)施例1.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，經(jīng)氮?dú)馕矫摳綔y(cè)定，實(shí)施例2所得材料BET比表面積為559.1m2/g,孔容為0.56cm3/g,最可幾孔徑為9.4nm.
實(shí)施例3I)將2.5g F127溶解在12ml乙醇和8.9ml水形成的30°C的混合溶液中.
2)等F127完全溶解，在步驟I)溶液中加入2.2g間苯二酚、2.2ml正硅酸乙酯，通過加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液中HCl濃度為1M.
3)繼續(xù)攪拌2h后，在步驟2)溶液中加入2.8ml甲醛，再繼續(xù)攪拌4h使反應(yīng)完全進(jìn)行.
反應(yīng)體系中F127:乙醇:水:間苯二酚:正硅酸乙酯:甲醛的摩爾比為:0.02:20:20:2:1:10。4)同實(shí)施例1.
5)同實(shí)施例1.
6)將步驟5)中所得樣品在800°C氮?dú)鈿夥障卤簾齀h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，經(jīng)氮?dú)馕矫摳綔y(cè)定，所得材料BET比表面積為529.5m2/g,孔容為0.46cm3/g,最可幾孔徑為7.5nm.將所得介孔碳/娃復(fù)合材料應(yīng)用于溶菌酶的固定化，其固定量為155mg/ml。實(shí)施例4I)將3g F127溶解在12ml乙醇和6.6ml水形成的30 V的混合溶液中.
2)等F127完全溶解，加入2.5g間苯二酚、2.2ml正硅酸乙酯，通過加入鹽酸調(diào)節(jié)反應(yīng)體系HCl濃度為2M.
3)繼續(xù)攪拌2h后加入2.5ml甲醒，在此溫度下繼續(xù)攪拌4h使反應(yīng)完全進(jìn)行.
反應(yīng)體系中F127:乙醇:水:間苯二酚:正硅酸乙酯:甲醛的摩爾比為:0.024:20:37:2.3:1:2.7.
4)攪拌停止后，將反應(yīng)體系傾倒于培養(yǎng)皿中陳化，使樣品分層.
5)將分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在120°C的烘箱中熱聚合36h.
6)將所得樣品在800°C氮?dú)鈿夥障赂邷乇簾?h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，其氮?dú)馕矫摳降葴鼐€為第IV等溫線，說明其為介孔結(jié) 構(gòu)，最可幾孔徑為7.5nm.BET比表面積為539.7m2/g,孔容為0.53cm3/g.從EDS能譜分析中得出，所得介孔材料中碳含量為58.07%,硅含量為13.82%.將所得介孔碳/娃復(fù)合材料應(yīng)用于溶菌酶的固定化，其固定量為163mg/ml。實(shí)施例5I)反應(yīng)體系溶液溫度保持在40°C，其他同實(shí)施例4.
2)反應(yīng)體系中HCl的濃度調(diào)節(jié)為1M，其他同實(shí)施例43)同實(shí)施例44)同實(shí)施例45)將分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在120°C的烘箱中熱聚合36h.
6)將所得樣品在700°C氮?dú)鈿夥障赂邷乇簾?h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，經(jīng)氮?dú)馕矫摳綔y(cè)定，所得材料BET比表面積為578.7m2/g,孔容為0.51cm3/g,最可幾孔徑為7.6nm。實(shí)施例6I)反應(yīng)體系溶液溫度保持在40°C，其他同實(shí)施例4.
2)反應(yīng)體系中HCl的濃度調(diào)節(jié)為1M，其他同實(shí)施例43)同實(shí)施例4
4)同實(shí)施例45)將分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在160 0C的烘箱中熱聚合36h.
6)將所得樣品在800°C氮?dú)鈿夥障赂邷乇簾?h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，經(jīng)氮?dú)馕矫摳綔y(cè)定，所得材料BET比表面積為552.7m2/g,孔容為0.54cm3/g,最可幾孔徑為7.6nm。實(shí)施例7I)將3.78g F127溶解在11.5ml乙醇和9ml水形成的50°C的混合溶液中.
2)等F127完全溶解，在步驟I)溶液中加入4.4g間苯二酚、4.4ml正硅酸乙酯，通過加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液中HCl濃度為0.5M.
3)繼續(xù)攪拌2h后，在步驟2)溶液中加入5ml甲醛溶液，在此溫度下繼續(xù)攪拌4h使反應(yīng)完全進(jìn)行.
反應(yīng)體系中加入的F127:乙醇:水:間苯二酚:正硅酸乙酯:甲醛的摩爾比為:0.03:20:50:4:2:5.
4)攪拌停止后，將步驟3)中溶液傾倒于培養(yǎng)皿中陳化使樣品分層.
5)將步驟4)中分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在160°C的烘箱中熱聚合 12h.
6)將步驟5)中所得樣品在950°C氮?dú)鈿夥障卤簾?h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，其氮?dú)馕矫摳降葴鼐€為第IV等溫線，說明其為介孔結(jié)構(gòu)，最可幾孔徑為7.5nm.BET比表面積為548.9m2/g,孔容為0.49cm3/g°實(shí)施例81)反應(yīng)體系溶液溫度保持在50°C，其他同實(shí)施例4.
2)反應(yīng)體系中HCl的濃度調(diào)節(jié)為2M，其他同實(shí)施例43)同實(shí)施例44)同實(shí)施例45)將分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在160 1:的烘箱中熱聚合36h.
6)將所得樣品在950°C氮?dú)鈿夥障赂邷乇簾齀h.自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù)合材料.
所得介孔碳/硅材料具有蠕蟲狀介孔孔道，經(jīng)氮?dú)馕矫摳綔y(cè)定，所得材料BET比表面積為601.8m2/g,孔容為0.58cm3/g,最可幾孔徑為7.7nm.將所得介孔碳/娃復(fù)合材料應(yīng)用于溶菌酶的固定化，其固定量為201mg/ml。
權(quán)利要求
1.一種介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將F127溶解在乙醇和水形成的20°C 50°C的混合溶液中； 2)等F127完全溶解，在步驟I)的混合溶液中加入間苯二酚和正硅酸乙酯，通過加入鹽酸使得溶液中HCl濃度在0.5M 2M之間，繼續(xù)攪拌2h ； 3)在步驟2)得到的溶液中加入甲醛，繼續(xù)攪拌4h使反應(yīng)完全進(jìn)行； 反應(yīng)體系中F127:乙醇冰:間苯二酚:正硅酸乙酯:甲醛的摩爾比為:0.ΟΓΟ.03:20:20^50:Γ4:0.5 2:1 5 ； 4)將步驟3)得到的溶液傾倒于培養(yǎng)皿中陳化，使樣品分層； 5)將步驟4)中分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在100°C 160°C的烘箱中熱聚合12 24h ； 6)將步驟5)中所得樣品在惰性氣氛600°C、50°C焙燒I飛h，自然降溫后所得樣品即為介孔碳/硅復(fù) 合材料。
全文摘要
一種介孔碳/硅復(fù)合材料的制備方法屬于納米材料領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟將F127溶解在乙醇和水形成的20℃~50℃的混合溶液中；再加入間苯二酚和正硅酸乙酯，通過加入鹽酸使得溶液中HCl濃度在0.5M~2M之間，然后加入甲醛；反應(yīng)體系中F127乙醇水間苯二酚正硅酸乙酯甲醛的摩爾比為0.01~0.03:20:20~50:1~4:0.5~2:1~5；溶液傾倒于培養(yǎng)皿中陳化，使樣品分層，分層樣品上層溶液倒掉，再將下層粘稠體系在100℃~160℃的烘箱中熱聚合12~24h后在600℃~950℃焙燒1~5h，自然降溫后所得樣品。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便、且重復(fù)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)C12N11/14GK103194438SQ20131013649
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者聶祚仁, 孫何, 李群艷, 韋奇 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)