一種親水型有序介孔炭材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種親水型有序介孔炭材料TSC-1的制備方法。本發(fā)明采用SBA-15介孔分子篩為母模板，將其內(nèi)部P123共聚物模板劑在高溫下炭化生成有序介孔炭材料TSC-1。TSC-1相對于傳統(tǒng)介孔炭材料具有親水性好、孔徑易調(diào)變等優(yōu)勢。該材料在催化、能源、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種親水型有序介孔炭材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)化工技術(shù)和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種親水型有序介孔炭材料 TSC-1的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于化學(xué)合成技術(shù)的進(jìn)步，大量研究者發(fā)展了多種結(jié)構(gòu)的有序介孔炭材 料，如CMK系列和FDU系列等。介孔炭材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，在催化劑載 體材料、儲能材料和吸附材料等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。例如CMK-3可載質(zhì)量分 數(shù)高達(dá)50%的鉬，且仍可保持其2. 5 nm的較小粒徑，高的鉬載量使得此材料具有很高的氧 氣還原反應(yīng)活性。另外，金屬活性物種在CMK-3中比在一般的多孔炭孔道中具有更高的分 散性，使其有望成為優(yōu)異的燃料電池電極材料。
[0003] 但是，生產(chǎn)成本過高、工藝條件復(fù)雜是目前有序介孔炭大規(guī)模生產(chǎn)依然面臨的兩 大問題。除此以外，傳統(tǒng)有序介孔炭材料親水性不佳也極大地影響了其作為吸附材料及催 化劑載體時(shí)的性能。因此，迫切需要發(fā)展一種在技術(shù)難度、成本及性能上都有優(yōu)勢的新方法 用于有序介孔炭材料的生產(chǎn)制備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對傳統(tǒng)有序介孔炭材料存在的生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜、親水性不佳等問題，本發(fā) 明提供了一種技術(shù)難度低、成本可控的方法來制備有序介孔炭材料，且其親水性提高顯著， 當(dāng)其作為催化劑載體使用時(shí)，可以浸漬活性物種接觸充分，使其分散更為均勻，更利于催化 劑性能的提1?。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)路線為首先根據(jù)實(shí)際需要合成具有目標(biāo)孔徑的SBA-15介孔硅 材料，以SBA-15為模板，在適當(dāng)溫度條件下將其孔道內(nèi)部P123高分子共聚物炭化，最后經(jīng) 堿液溶解SBA-15模板、離心分離得到TSC-1有序介孔炭材料。
[0006] 本發(fā)明是一種可調(diào)變孔徑有序介孔炭材料的制備方法，其特征在于具有以下的制 備過程和步驟。
[0007] a.目標(biāo)孔徑SBA-15介孔硅分子篩的合成：以聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三 嵌段聚合物（P123，分子式為H(-0CH2-CH2-) x[-0CH(CH3)CH2-]y(0CH2CH2-)z0H，E0:P0: E0的摩爾比值為20 : 70 : 20,平均分子量為5800)為模板劑，以正硅酸乙酯或硅酸鈉為 硅源，在強(qiáng)酸性條件下合成SBA-15分子篩，反應(yīng)物的摩爾組成為：P123 : Si02 : HC1 : H20 =1 ?2 : 40 ?60 : 300 ?500 : 7000 ?10000。
[0008] b.使用SBA-15作為母模板，將其內(nèi)部P123共聚物模板劑在惰性氣氛下加熱至 600?900 °C炭化，升溫速率2. 5?5 °C /min，并保持3-4小時(shí)，惰性氣氛為N2或Ar中任 一種。
[0009] c.將上述SBA-15/TSC-1復(fù)合物加入2?4 mol/L的NaOH溶液中，加熱并攪拌4? 6小時(shí)后，最后經(jīng)4000?5000 rpm離心分離15 min得到TSC-1有序介孔炭材料。
[0010] 本發(fā)明簡單易行，實(shí)現(xiàn)了親水型有序介孔炭材料TSC-1的合成，且其孔徑可控，在 污染物吸附、催化及新材料等領(lǐng)域明具有良好的應(yīng)用前景。

【具體實(shí)施方式】 [0011] 。
[0012] 實(shí)施例1 4 nm孔徑TSC-1有序介孔炭材料按如下步驟制備： 將60 mL濃鹽酸溶于312 mL去離子水中，313 K水浴恒溫。然后加入15 g P123,使 用電磁攪拌器恒溫?cái)嚢? h，后加 TE0S 22.5 g，再恒溫?cái)嚢?4 h。然后將混合物轉(zhuǎn)移到水 熱釜內(nèi)，343 K靜態(tài)晶化12 h后過濾得白色固體，393 K烘干。
[0013] 將含有P123模板劑的SBA-15介孔材料在Ar氣氛下加熱至750 °C炭化，升溫速率 2. 5 °C /min，并保持4小時(shí)。隨后將上述SBA-15/TSC-1復(fù)合物加入4 mol/L的NaOH溶液 中，加熱并攪拌4. 5小時(shí)后，最后經(jīng)4000-5000 rpm離心分離15 min得到TSC-1有序介孔 炭材料。經(jīng)小角XRD及氮?dú)馕锢砦奖碚鞔_認(rèn)其孔道尺寸為4 nm。
[0014] 實(shí)施例2 6 nm孔徑TSC-1有序介孔炭材料按如下步驟制備： 將60 mL濃鹽酸溶于312 mL去離子水中，313 K水浴恒溫。然后加入15 g P123,使 用電磁攪拌器恒溫?cái)嚢? h，后加 TE0S 22.5 g，再恒溫?cái)嚢?4 h。然后將混合物轉(zhuǎn)移到水 熱釜內(nèi)，368 K靜態(tài)晶化12 h后過濾得白色固體，393 K烘干。
[0015] 將含有P123模板劑的SBA-15介孔材料在Ar氣氛下加熱至750 °C炭化，升溫速率 2. 5 °C /min，并保持4小時(shí)。隨后將上述SBA-15/TSC-1復(fù)合物加入4 mol/L的NaOH溶液 中，加熱并攪拌4. 5小時(shí)后，最后經(jīng)4000-5000 rpm離心分離15 min得到TSC-1有序介孔 炭材料。經(jīng)小角XRD及氮?dú)馕锢砦奖碚鞔_認(rèn)其孔道尺寸為6 nm。
[0016] 實(shí)施例3 10nm孔徑TSC-1有序介孔炭材料按如下步驟制備： 將60 mL濃鹽酸溶于312 mL去離子水中，333 K水浴恒溫。然后加入15 g P123,使用 電磁攪拌器恒溫?cái)嚢? h，后加 TE0S 22. 5 g，再恒溫?cái)嚢?4 h。然后將混合物轉(zhuǎn)移到水熱 釜內(nèi)，378 K靜態(tài)晶化12 h后過濾得白色固體，393 K烘干。
[0017] 將含有P123模板劑的SBA-15介孔材料在Ar氣氛下加熱至800 °C炭化，升溫速 率5 °C /min，并保持4小時(shí)。隨后將上述SBA-15/TSC-1復(fù)合物加入4 mol/L的NaOH溶液 中，加熱并攪拌4. 5小時(shí)后，最后經(jīng)4000-5000 rpm離心分離15 min得到TSC-1有序介孔 炭材料。經(jīng)小角XRD及氮?dú)馕锢砦奖碚鞔_認(rèn)其孔道尺寸為10 nm。
[0018] 實(shí)施例4 12nm孔徑TSC-1有序介孔炭材料按如下步驟制備： 將60 mL濃鹽酸溶于312 mL去離子水中，333 K水浴恒溫。然后加入15 g P123,使用 電磁攪拌器恒溫?cái)嚢? h，后加 TE0S 22. 5 g，再恒溫?cái)嚢?4 h。然后將混合物轉(zhuǎn)移到水熱 釜內(nèi)，398 K靜態(tài)晶化12 h后過濾得白色固體，393 K烘干。
[0019] 將含有P123模板劑的SBA-15介孔材料在Ar氣氛下加熱至900 °C炭化，升溫速 率5 °C /min，并保持4小時(shí)。隨后將上述SBA-15/TSC-1復(fù)合物加入4 mol/L的NaOH溶液 中，加熱并攪拌4. 5小時(shí)后，最后經(jīng)4000-5000 rpm離心分離15 min得到TSC-1有序介孔 炭材料。經(jīng)小角XRD及氮?dú)馕锢砦奖碚鞔_認(rèn)其孔道尺寸為12 nm。
【權(quán)利要求】
1. 本發(fā)明是一種親水型有序介孔炭材料的制備方法，其特征在于具有以下的制備過程 和步驟： a. 目標(biāo)孔徑SBA-15介孔硅分子篩的合成：以聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段 聚合物（P123，分子式為H(-0CH2-CH2-) x[-0CH(CH3)CH2-]y(0CH2CH2-)z0H，E0:P0:E0的 摩爾比值為20 : 70 : 20,平均分子量為5800)為模板劑，以正硅酸乙酯或硅酸鈉為硅源， 在強(qiáng)酸性條件下合成SBA-15分子篩； b. 使用SBA-15作為母模板，將其內(nèi)部P123共聚物模板劑在惰性氣氛下加熱至600? 900 °C炭化，惰性氣氛為N2或Ar中的一種； c. 將上述SBA-15/TSC-1復(fù)合物加入一定2?4 mol/L的NaOH溶液中，加熱并攪拌 4-6小時(shí)后經(jīng)離心分離得到TSC-1有序介孔炭材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于TSC-1介孔材料碳元素含量為70-80%，氧 元素含量20-30%，氧含量較高，親水性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)介孔炭材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于TSC-1具有有序一維孔道結(jié)構(gòu)，孔徑于4? 15 nm之間可調(diào)變，比表面為1200?1500 m2/g。
【文檔編號】C01B31/02GK104140090SQ201410376195
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月2日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:孫超