專利名稱：一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法，屬于無機非金屬材料科學(xué)技術(shù)分支一炭素材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
有序中孔炭是一種具有三維納米結(jié)構(gòu)的新型碳材料，因其獨特的結(jié)構(gòu)、高化學(xué)及熱穩(wěn)定性、高比表面積、大孔容以及單一可控的孔徑分布使其在催化、吸附分離以及電化學(xué)等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因而受到人們的關(guān)注。通過氮修飾的炭材料做為催化劑載體時，還被認(rèn)為因增強的η鍵和堿性化學(xué)性質(zhì)而具有提高催化劑穩(wěn)定性的能力。通常得到氮修飾納米碳材料有兩種方法(1)制備炭材料過程中直接摻雜，即原位摻雜；(2)通過含氮氣體(隊力氏等)處理納米碳材料，即后處理方法。原位方法通常用于制備氮摻雜CNTs。 后處理方法通常通過在高溫下(600-90(TC )使用含氮氣體處理炭材料。此外，研究者還可以通過使用富氮碳源或向碳源中添加富氮化合物獲得氮摻雜的有序中孔炭(Bulletin of the Korean Chemical Society,2008,29(2) 413-416 ；Transactions of the Materials Research Society of Japan,2007,32(4) 1003-1005 ；Journal of Physical Chemistry C, 2008,112(34) : 13126-13133.)。但對于整體結(jié)構(gòu)高氮含量有序中孔炭材料并未涉及。

發(fā)明內(nèi)容
為了填補現(xiàn)有技術(shù)中存在的空白，本發(fā)明提供一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法。該制備方法過程簡單，分級孔道結(jié)構(gòu)塊狀整體材料具有高度開放的大孔孔泡結(jié)構(gòu)和有序中孔結(jié)構(gòu)，同時氮含量可高達10%。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法具體步驟如下2-8份F127和3-5份0. 2M HCl溶液溶解在20-100份乙醇中，10-40 °C下攪拌 l_3h得到澄清的溶液；依次加入1-10份含氮化合物、2-10份正硅酸乙酯和5-15酚醛樹脂 (20wt% )預(yù)聚體，繼續(xù)攪拌I-IOh得到澄清溶液；將作為模板的聚合物泡沫充分浸漬于該溶液后，擠出過量溶液；將得到的復(fù)合物泡沫10-30°C下?lián)]發(fā)乙醇5-10h，再置于80-120°C 烘箱內(nèi)10_48h得到聚合后的復(fù)合泡沫；將樣品置于管式爐中，在氮氣保護下，在600-900°C 炭化l-10h，升溫速率為1°C · HiirT1 ；將所得到的復(fù)合材料在IOwt %的氫氟酸浸漬24h除去氧化硅，干燥得到高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料。所述含氮化合物選自尿素、三聚氰胺、三乙胺、聯(lián)苯胺硝基苯胺和偶氮二異丁腈。所述作為模板的聚合物泡沫選自聚氨酯泡沫或酚醛樹脂泡沫。所得高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料具有高度開放的大孔孔泡結(jié)構(gòu)、有序且尺寸均一的介孔結(jié)構(gòu)以及高氮含量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)得到的泡沫炭兼具泡沫狀高度開放的大孔和結(jié)構(gòu)規(guī)整的有序中孔的分級孔道結(jié)構(gòu)。(2)本發(fā)明可方便的調(diào)節(jié)泡沫體整體復(fù)合材料的氮元素含量。(3)制備過程簡單、對設(shè)備要求不高，參數(shù)容易控制，操作容易、易于放大。


圖1是實施例一所得高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料透射電鏡照片。證實所得材料中孔結(jié)構(gòu)。圖2是實施例一所得泡沫狀有序中孔炭整體材料的小角XRD譜圖。圖3是實施例一所得泡沫狀有序中孔炭整體材料的氮吸附曲線。
具體實施例方式下面通過實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例一1. 6gF127和1. Og 0. 2M HCl溶液溶解在8. Og乙醇中，40°C下攪拌Ih得到澄清的溶液。依次加入Ig尿素、2. 08g正硅酸乙酯和5. Og酚醛樹脂(20wt%)預(yù)聚體，繼續(xù)攪拌 2h得到澄清溶液。將聚胺脂泡沫充分浸漬于該溶液后，擠出過量溶液。將得到的復(fù)合物泡沫30°C下?lián)]發(fā)乙醇7h，再置于100°C烘箱內(nèi)24h得到聚合后的復(fù)合泡沫。將樣品置于管式爐中，在氮氣保護下，在700°C炭化3h，升溫速率為1°C mirT1。將所得到的復(fù)合材料在 10wt%的氫氟酸浸漬24h除去氧化硅，干燥得到氮摻雜0MC/CF復(fù)合材料所得泡沫狀有序中孔炭整體材料大孔孔徑為500微米，BET比表面積為319m2 ^―1， 總孔孔容為0. 34cm3 · g—1，中孔孔徑3. 7nm，氮元素含量7.4%0實施例二3gF127和2g 0. 2M HCl溶液溶解在14. Og乙醇中，35°C下攪拌3h得到澄清的溶液。依次加入2g三聚氰胺、4g正硅酸乙酯和IOg酚醛樹脂(20wt% )預(yù)聚體，繼續(xù)攪拌3h 得到澄清溶液。將酚醛樹脂泡沫充分浸漬于該溶液后，擠出過量溶液。將得到的復(fù)合物泡沫20°C下?lián)]發(fā)乙醇15h，再置于110°C烘箱內(nèi)20h得到聚合后的復(fù)合泡沫。將樣品置于管式爐中，在氮氣保護下，在800°C炭化lh，升溫速率為2°C mirT1。將所得到的復(fù)合材料在 10wt%的氫氟酸浸漬24h除去氧化硅，干燥得到氮摻雜0MC/CF復(fù)合材料所得泡沫狀有序中孔炭整體材料大孔孔徑為500微米，BET比表面積為280m2冗―1， 總孔孔容為0. 28cm3 · 中孔孔徑3. 7nm，氮元素含量5%。實施例三3gF127和2g 0. 2M HCl溶液溶解在14. Og乙醇中，35°C下攪拌3h得到澄清的溶液。依次加入2. 7g尿素、4g正硅酸乙酯和IOg酚醛樹脂(20wt%)預(yù)聚體，繼續(xù)攪拌3h得到澄清溶液。將酚醛樹脂泡沫充分浸漬于該溶液后，擠出過量溶液。將得到的復(fù)合物泡沫 20°C下?lián)]發(fā)乙醇15h，再置于110°C烘箱內(nèi)20h得到聚合后的復(fù)合泡沫。將樣品置于管式爐中，在氮氣保護下，在700°C炭化lh，升溫速率為2°C ^irT1t5將所得到的復(fù)合材料在10wt% 的氫氟酸浸漬24h除去氧化硅，干燥得到氮摻雜0MC/CF復(fù)合材料所得泡沫狀有序中孔炭整體材料大孔孔徑為500微米，BET比表面積為280m2冗―1， 總孔孔容為0. 28cm3 · g—1，中孔孔徑3. 7nm，氮元素含量10%。
權(quán)利要求
1.一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法，其特征在于2_8份F127和 3-5份0. 2M HCl溶液溶解在20-100份乙醇中，10_40°C下攪拌l_3h得到澄清的溶液；依次加入1-10份含氮化合物、2-10份正硅酸乙酯和5-15重量百分比為20%的酚醛樹脂預(yù)聚體，繼續(xù)攪拌I-IOh得到澄清溶液；將作為模板的聚合物泡沫充分浸漬于該溶液后，擠出過量溶液；將得到的復(fù)合物泡沫10-30°C下?lián)]發(fā)乙醇5-10h，再置于80-120°C烘箱內(nèi)10_48h 得到聚合后的復(fù)合泡沫；將樣品置于管式爐中，在氮氣保護下，在600-900°C炭化l-10h，升溫速率為1°C · miiT1 ；將所得到的復(fù)合材料在重量百分比為10%的氫氟酸浸漬24h除去氧化硅，干燥得到高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法，其特征在于所述含氮化合物選自尿素、三聚氰胺、三乙胺、聯(lián)苯胺硝基苯胺和偶氮二異丁腈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法，其特征在于所述作為模板的聚合物泡沫選自聚氨酯泡沫或酚醛樹脂泡沫。
全文摘要
一種高氮含量泡沫狀有序中孔炭整體材料的制備方法，屬于無機非金屬炭素材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該制備方法采用軟模板法制備氮摻雜泡沫狀有序中孔炭整體材料。所得分級孔道結(jié)構(gòu)整體材料具有高度開放的大孔孔泡結(jié)構(gòu)、有序且尺寸均一的介孔結(jié)構(gòu)以及高比表面積和孔容，可方便的調(diào)節(jié)泡沫體整體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以及氮含量。制備過程簡單、對設(shè)備要求不高，參數(shù)容易控制，操作容易、易于放大?？蓱?yīng)用于吸附材料、電池基板以及固定床填料等領(lǐng)域。
文檔編號C04B38/00GK102219542SQ20111010310
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月24日
發(fā)明者凌錚, 周穎, 肖南, 趙宗彬, 邱介山 申請人:大連理工大學(xué)