一種有序介孔碳化硅的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種微波焙燒制備有序介孔碳化硅的方法，屬于有序介孔材料合成工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、高的熱傳導(dǎo)率、抗氧化腐蝕等優(yōu)良特性，使碳化硅可以作為高溫結(jié)構(gòu)部件、大規(guī)模集成電路的基片，還可作為高溫反應(yīng)催化劑的優(yōu)良載體，廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工、機(jī)械、冶金等工業(yè)領(lǐng)域。碳化硅制備通常利用碳熱還原反應(yīng)，需要加熱到2000°C上，制得的碳化硅比表面積小且無孔，該方法費(fèi)時(shí)耗能急需改進(jìn)。
[0003]目前介孔碳化硅的制備分為硬模板和軟模板兩種方法，如專利CN201510269148是硬模板法制備介孔碳化硅，將聚碳硅烷溶于有機(jī)溶劑，使聚碳硅烷填充在有序介孔二氧化硅中，再在惰性氣體保護(hù)下高溫焙燒，得到碳化硅與二氧化硅的復(fù)合物，氫氟酸除去模板，即得到有序納米介孔碳化硅材料。再如專利CN201010152336將蔗糖溶于水，使其進(jìn)入SBA-15或KIT-6的介孔孔道中，蔗糖碳化，制得介孔二氧化硅中填充有碳的復(fù)合物，在鎂粉作用下低溫焙燒得到介孔碳化硅。硬模板法成本較高且增加了去除模板的步驟。軟模板如專利CN201210146069以間苯二酚、甲醛、正硅酸四乙酯為原料，用溶膠-凝膠法得到碳化硅前驅(qū)體，經(jīng)過碳熱還原生成介孔碳化硅。兩種方法都需高溫焙燒，能耗高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中制備介孔碳化硅耗時(shí)冗長、能耗高等問題，提供了一種有序介孔碳化硅的制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種有序介孔碳化硅的制備方法，其步驟為: (-)制備有序介孔Si02/C復(fù)合材料
(二)微波還原制備有序介孔碳化硅
有序介孔Si02/C復(fù)合材料置于微波爐中間區(qū)域，調(diào)整位置，直至紅外測(cè)溫探頭測(cè)得復(fù)合材料的最大溫度點(diǎn)；抽真空至真空度為0.09MPa，通入氮?dú)庵琳婵斩葹?.03MPa，抽真空、通氮?dú)獠襟E反復(fù)進(jìn)行兩次，后再次抽真空至真空度為0.09MPa，通入氮?dú)庵琳婵斩葹?br>0.07MPa;開啟微波爐冷卻水循環(huán)裝置，打開微波控制開關(guān)，調(diào)節(jié)微波功率使得爐內(nèi)升溫至1300°C 土 10°C，恒溫反應(yīng)20min;關(guān)閉微波控制開關(guān)，停止加熱，抽真空至真空度為0.09MPa，爐內(nèi)自然冷卻至室溫后，關(guān)閉循環(huán)水;打開放空閥，待微波爐內(nèi)壓力達(dá)到大氣壓強(qiáng)時(shí)，爐門自動(dòng)打開，取出，獲得粉末狀的有序介孔碳化硅。
[0006]本發(fā)明實(shí)際操作時(shí)所采用的微波爐為南京杰全微波設(shè)備有限公司生產(chǎn)，其型號(hào)為NJZ4-3。
[0007]本發(fā)明將微波技術(shù)應(yīng)用于碳化硅的制備，短時(shí)間內(nèi)迅速升溫，顯著縮短制備時(shí)間，降低能耗，大大減少了傳統(tǒng)制備方法制備耗時(shí)過長的缺點(diǎn)，制備耗時(shí)較短、原料配比合理、產(chǎn)物穩(wěn)定，是制備有序介孔碳化娃十分理想的一種方法。
[0008]另外，本發(fā)明步驟(二)獲得的有序介孔碳化硅粉末隨后進(jìn)行了除雜處理，該除雜處理包括高溫除碳處理以及酸洗除硅處理。
[0009]具體實(shí)施時(shí)，所述高溫除碳處理的步驟為:將有序介孔碳化硅粉末置于馬弗爐內(nèi)，700°C焙燒2h，除去未反應(yīng)的碳。所述酸洗除硅處理的步驟為:將有序介孔碳化硅粉末置于50%體積分?jǐn)?shù)的氫氟酸溶液中，靜置24h;后離心倒掉上清液，清洗，干燥，除去未反應(yīng)的硅。
[0010]進(jìn)一步，本發(fā)明以三嵌段共聚體結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑F127做模板劑，以正硅酸乙酯做硅源，以酚醛樹脂低聚物做碳源;且制備有序介孔Si02/C復(fù)合材料的步驟為:
①將Fl27溶于無水乙醇中，加入鹽酸溶液，40°C恒溫?cái)嚢鐸h;后依次加入正硅酸乙酯以及酚醛樹脂低聚物的乙醇溶液，40°C恒溫?cái)嚢?h，獲得混合溶液；
②混合溶液置于容器內(nèi)，室溫下放置5?8h，然后置于100°C恒溫烘箱內(nèi)24h，容器內(nèi)形成黃色膜，刮取磨成細(xì)粉；
③將該細(xì)粉置于管式爐內(nèi)，以l°C/min升溫至350°C且保溫3h，再以l°C/min升溫至600°C，隨后以5°C/min升溫至900°C且保溫2h，得到黑色的有序介孔Si02/C復(fù)合材料。
[0011]上述方法利用軟模板法先制得有序介孔Si02/C的復(fù)合材料，再采用微波焙燒碳熱還原快速制得有序介孔碳化硅，制得的碳化硅孔徑集中，比表面積大。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述有序介孔碳化硅的透射電子顯微鏡放大圖。圖中:可以看出有序規(guī)整介孔的存在。
[0013]圖2為本發(fā)明所述有序介孔碳化硅的X-射線小角衍射強(qiáng)度圖譜。圖中縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為衍射角2Θ，小角XRD在0.8°時(shí)出現(xiàn)峰，說明是有序介孔結(jié)構(gòu)。
[0014]圖3為本發(fā)明所述有序介孔碳化硅的X-射線全角衍射強(qiáng)度圖譜。圖中35.579 °、41.383 °、59.977 °、71.777 °、75.492。為碳化硅標(biāo)準(zhǔn)衍射峰，與標(biāo)準(zhǔn)卡片H)F#29-1129完全吻合，說明合成的產(chǎn)物是碳化硅。
[0015]圖4為本發(fā)明所述有序介孔碳化硅的吸-脫附等溫曲線圖。圖中圓點(diǎn)所在的曲線代表吸附曲線圖，方點(diǎn)所在的曲線代表脫附曲線圖。由圖可知，吸-脫附等溫線符合Hl型回滯環(huán)，Hl型回滯環(huán)反映的是孔徑分布均勻的圓筒狀孔，比表面積為446.55mVg。
[0016]圖5為本發(fā)明所述有序介孔碳化硅的孔徑分布曲線圖。圖中可知，孔徑分布曲線可以看出孔徑集中在6.3nm左右。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為:結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑F127、苯酚、甲醛、正硅酸乙酯、無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、氫氟酸、去離子水、氮?dú)猓錅?zhǔn)備用量以克、毫升、厘米3為計(jì)量單位
F127:聚氧乙稀-聚氧丙稀-聚氧乙稀 16.00g±0.01g 苯酚:C6H5OH18.30g±0.01g
甲醛:HCHO28.50ml ±0.0lml
正娃酸乙酯:Si (OC2H5 )44.40ml ±0.0 Iml
無水乙醇:C2H5OH180.0OmL ±0.0 ImL
氫氧化鈉:NaOH25.065g±0.001g 鹽酸:HCl10.00mL±0.01mL
氫氟酸:HF15.00mL±0.01 mL
去離子水:H2O3000ml ± 50ml
氮?dú)?N210000cm3 ± 10cm3
制備方法如下:
⑴配制溶液
①配置20wt.%氫氧化鈉溶液
稱取氫氧化鈉25.065g±0.00Ig，溶于燒杯中，倒入10mL的容量瓶，多次洗滌燒杯并將水倒入容量瓶，滴定到10ml，上下晃動(dòng)充分溶解形成:20wt.%氫氧化鈉溶液。
[0018]②配置2mol/L、0.2mol/L鹽酸溶液
量筒量取8.33 ml ±0.0lml濃鹽酸，倒入50ml的容量瓶，多次洗滌量筒并將水倒入容量瓶，滴定到50ml，上下晃動(dòng)充分混合形成:2mol/L鹽酸溶液。
[0019]量筒量取1.66 ml ±0.0lml濃鹽酸，倒入50ml的容量瓶，多次洗滌量筒并將水倒入容量瓶，滴定到50ml，上下晃動(dòng)充分混合形成:0.2mol/L鹽酸溶液。
[0020]⑵配制酚醛樹脂