[發(fā)明專利]SAPO－5分子篩孔道中包裹氮摻雜碳納米管材料及合成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710042609.5
• 申請日: 2007-06-25
• 公開（公告）號: CN101332988A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 王利軍;趙海濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82B3/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磷鋁硅SAPO-5分子篩孔道中包裹氮摻雜碳納米管復合材料(以下簡稱：CNx@SAPO-5)及其合成方法。

背景技術(shù)

納米碳管是1991年被發(fā)現(xiàn)的一種碳結(jié)構(gòu)。理想納米碳管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無縫、中空的管體。石墨烯的片層一般可以從一層到上百層。含有一層石墨烯片層的稱為單壁納米碳管(SWNT)，多于一層的則稱為多壁納米碳管(MWNT)。SWNT的直徑一般為1～6nm，最小直徑大約為0.5nm，但SWNT的直徑大于6nm以后特別不穩(wěn)定，會發(fā)生SWNT管的塌陷；管徑小于0.5nm則由于曲率半徑較大而難以生成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。但對于較大曲率半徑的單壁碳納米管，表面鍵張力、電子云密度、極性等性能將發(fā)生較大改變，進而出現(xiàn)新性能。

納米碳管主要制備法方法有電弧法、熱解法和激光蒸發(fā)法。其中電弧法是在惰性氣體氣氛中，兩根石墨電極直流放電，陰極上產(chǎn)生納米碳管。熱解法就是采用過渡金屬作催化劑，700～1600K的條件下，通過碳氫化合物的分解得到納米碳管。激光刻蝕法采用激光刻蝕高溫爐中的石墨靶子，納米碳管就存在于惰性氣體夾帶的石墨蒸發(fā)產(chǎn)物中。上述三種方法的主要缺點是：得到的是純碳納米管材料，親水性極差，負載性和分散性差。

國內(nèi)外研究氮摻雜碳材料的理論計算工作已見報道；合成氮改性碳材料為薄膜狀，研究的目的是用來提高其硬度以及得到較好的電子性能，合成方法是碳材料在氮氣氛下高壓放電或激光燒蝕；該方法操作復雜，成本高，且材料為薄膜狀。專利CN1401560A公開了以金屬酞菁為原料一種摻氮竹節(jié)狀碳納米管，其管徑在大于10nm。其它專利未見有在較低合成成本得到穩(wěn)定存在的單壁摻氮碳納米管管徑在小于1nm的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種方法簡單、成本較低的CNx@SAPO-5材料及其制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中管徑小于0.5nm的氮摻雜碳納米管難以合成和難以穩(wěn)定存在的缺點，為拓展摻氮碳納米管制備范圍，同時適用于某些特殊吸附場合，本發(fā)明就是采用SAPO-5的0.73nm的直孔道為硬模板，在其中合成出較小孔徑的CNx材料。

CNx@SAPO-5材料及合成方法，其特征在于：CNx@SAPO-5材料的摩爾組成表示為C∶aN∶bSAPO-5；a的值為0.02～0.12；b的值為10～100；CNx位于SAPO-5孔道內(nèi)，CNx的前驅(qū)體是合成SAPO-5所使用的有機胺模板劑。

CNx@SAPO-5材料的合成方法，步驟如下：

1)在反應釜中按比例Al(OH)₃∶a₁H₃PO₄∶b₁SiO₂∶cR∶dH₂O混合原料，其中R為有機胺，a₁的值為0.6～1.5，b₁的值為0.05～1.5，c的值為0.4～2.0，d的值為10～100；

2)密封后在微波中加熱，160～210℃保持0.1～6小時；或在烘箱中恒溫加熱，160～210℃保持6～48小時；

3)得到樣品抽濾后烘干；在管式爐中在Ar或氮氣氛下焙燒，焙燒溫度為400℃～900℃，時間為0.2～24小時，即可得到CNx@SAPO-5材料。

所使用的模板劑是下述之任一種或是它們的混合物：三乙胺、正三丙胺、異三丙胺。

本發(fā)明獲得的材料主要用于氣體的儲存和混合氣體分離。

本發(fā)明所提供的CNx@SAPO-5新材料是一種復合材料。當用酸將SAPO-5骨架溶解后，0.4nm的CNx也被破壞。因此，使用CNx時不能將SAPO-5骨架去除。

本發(fā)明制備的CNx@SAPO-5復合新材料，其優(yōu)點在于：

(1)以SAPO-5均一的0.73nm孔道為模板，得到孔徑較小的均一的0.4nm的CNx材料；

(2)較小的孔徑及較大的曲率賦予CNx更多的新性能；

(3)該材料由于孔徑均一且較小，可用于特殊氣體的儲存和分離；

(4)本發(fā)明制備條件溫和，方法簡單、成本低廉，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

具體實施方式

實施例1