[發明專利]以天然埃洛石為模板制備介孔炭材料的方法

無效

• 申請號: 201110205489.2
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102303861A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 嚴春杰;劉蓉;王洪權;肖國琪;袁六四;夏云山;梁玉軍;周春宇;舒國晶;孫露;周森;仇秀梅;許修書
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）;云南天鴻高嶺礦業有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種以天然埃洛石為模板制備介孔炭材料的方法。

背景技術

介孔炭是一種穩態的碳晶體，其結構中存在介孔孔道(2.0～50.0nm)，與多孔炭相比，介孔炭的孔徑要小，孔道結構更集中、孔隙率高、孔徑分布窄，而且在結構上具有短程，即原子水平無序，長程，即介觀水平有序的特點，同時其孔徑容易控制，是多孔炭材料的一個重要分支。介孔炭材料以其較高的比表面積、較窄的孔徑分布、極好的化學和熱穩定性，呈現出取代傳統炭材料的趨勢。自其誕生以來，一直是材料界研究的重點。

1992年，美國Mobil公司的Beck等首次運用納米自組裝技術成功地合成出具有規整孔道結構、孔徑可在1.0～10.0nm可調的新型結晶M41S系列氧化硅(鋁)有序介孔分子篩，開拓了分子篩材料研究的新的里程碑。自此之后，設計和開發具有精細孔道結構的新型材料，由于其對工業發展具有巨大的推動作用，一直是材料科學研究的一個重要的前沿領域。

近年來，無機化學家們在分子篩合成的基礎上，致力于介孔材料的研究和開發，取得了很大的進展，合成了一系列介孔(2.0～50.0nm)材料。尤其是合成具有納米孔結構的介孔炭材料近年來引起人們廣泛興趣，這類材料在吸附、催化、電子等領域顯示出良好的應用前景。

介孔炭材料的合成方法分為催化活化法、有機凝膠炭化法和模板法等。

1.催化活化法

催化活化法是利用金屬及其化合物對碳的氣化的催化作用，如專利CN101367514以嵌段共聚物為結構導向劑，樹脂為碳前驅體，固體堿為催化劑，在非水溶劑中采用溶膠—凝膠技術先組裝成有機/有機復合物薄膜，然后炭化得到有序介孔炭。雖然該法具有比酸性體系中的合成產物更加高度穩定的三維交聯網絡結構，直接炭化體積收縮和塌陷小，更易于得到有序介孔炭，但是缺點是難以精確控制介孔的結構、尺寸及孔分布。且催化活化法制備介孔炭材料，金屬進入炭材料內部是不可避免的，并且以該方法制得的介孔炭擁有大量的微孔。

2.有機凝膠炭化法

有機凝膠炭化法是炭化由溶膠-凝膠反應制備的有機凝膠，如專利CN101362598、CN1899959報道的都是在一定條件下，用硫酸，三嵌段表面活性劑、正硅酸乙酯和蔗糖混合并攪拌，經過溶膠-凝膠，晶化與預炭化、去硅化得到有序介孔炭材料。雖然合成出的介孔炭材料具有規則排列的孔道結構、較大的比表面積，但是所得的介孔是至少部分相連的空間，且昂貴而復雜的超臨界干燥設備制約著其商業化。

3.模板法

模板法分為有機模板法和無機模板法，通過選用一種具有特殊孔隙結構的材料作為模板，導入目標材料或前驅體并使其在該模板材料的孔隙中發生反應，利用模板材料的限域作用，達到對制備過程中的物理和化學反應進行調控的目的，最終得到微觀和宏觀結構可控并于傳統意義上完全不同的介孔炭新材料。模板法最突出的特點是具有良好的結構可控制性，它提供了一個能控制并改善納米微粒在結構材料中排列的有效手段。用這種方法所制備的材料具有與模板孔腔相似的結構特征，若采用的模板具有均一的孔徑，則所合成的納米材料亦將具有均勻的結構。如專利CN101279857、CN101417810、CN101462737、CN101362598等公布的介孔材料以及介孔炭材料的制備方法均采用有機模板法，在強酸性條件下通過組裝合成。

綜上所述，模板法是控制介孔率和孔結構、尺寸的有效方法。到目前為止，沒有以天然埃洛石為模板、通過水熱合成反應制備介孔炭材料的相關報道，本發明就是利用這種新的原料和方法來制備有別于傳統的介孔炭材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以天然埃洛石為模板制備介孔炭材料的方法，該方法制備的介孔炭材料具有較高的比表面積，其制備工藝簡單。

為實現本發明目的，本發明的技術方案是：以天然埃洛石為模板制備介孔炭材料的方法，其特征在于它包括以下步驟：

1)按天然埃洛石粉體與碳源的質量比為1∶1～5，選取天然埃洛石粉體和碳源，備用；所述的天然埃洛石粉體為管狀結構的埃洛石，純度≥95wt％；

2)按天然埃洛石粉體與酸的配比為5g∶100mL，選取酸；先將天然埃洛石粉體在溫度為300℃～900℃下保溫3小時(熱活化處理)，然后加入酸，機械攪拌2小時后過濾、洗滌至中性，于85～100℃烘箱中烘24～36小時，得到活化、改性好的埃洛石；