[發明專利]一種有序介孔間苯二酚-甲醛樹脂和介孔炭的制備方法

有效

• 申請號: 201110262502.8
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102977397A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 張濤;徐金銘;王愛琴
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C08J9/00
• 分類號: C08J9/00;C08G8/22;C01B31/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明屬于材料制備，具體涉及一類在液相中大比表面積，高度有序介孔間苯二酚-甲醛高分子和有序介孔炭材料的快速制備方法。

背景技術

有序介孔材料為一種固體多孔材料，它的比表面積較大、孔徑分布窄，孔道的排列具有很好的長程有序性。有序介孔材料的形貌以及組成多種多樣，在催化、吸附、分離和傳感器等高新技術領域有著非常廣闊的應用前景。介孔高分子和介孔炭材料由于其骨架特殊的組成和表面性質，使其在催化，儲氫材料、雙電層電容材料等方面應用廣泛，因此開發一種新的制備有序介孔高分子和有序介孔炭材料方法不僅具有一定的理論意義，還有重要的實際價值。

有序介孔高分子和炭材料的合成方法主要有兩種：硬模板法和軟模板法。硬模板法，需要先制備有序介孔氧化硅等材料，然后再向其孔道中填充有機物前軀體，惰性氣氛下聚合與碳化后用氫氟酸或氫氧化鈉除去二氧化硅，得到有序介孔高分子和介孔炭材料。硬模板法的過程冗長，成本非常高。軟模板法又包括溶劑蒸發誘導自組裝法(EISA)和液相沉淀合成法。溶劑蒸發誘導自組裝法是將有機物前軀體和表面活性劑同時溶解在易揮發溶劑中，通過蒸發溶劑的手段得到有序有機物前軀體-表面活性劑復合材料，然后在惰性氣氛中利用低溫焙燒的方法除去表面活性劑得到有序介孔高分子材料，進一步在高溫下碳化得到相應的有序介孔炭材料。溶劑蒸發誘導自組裝法是合成有序介孔材料一個非常有效的方法，然而其中也存在一些缺點，如利用這種方法很難進行大批量的合成，得到的材料中會存在一些缺陷。液相合成法是在液相中，通過有機物前軀體在表面活性劑膠束周圍聚合，從液相析出有序有機物前軀體-表面活性劑復合材料沉淀，然后在惰性氣氛中利用低溫焙燒的方法除去表面活性劑得到有序介孔高分子材料，進一步在高溫下碳化得到相應的有序介孔炭材料。目前人們已成功利用液相法合成介孔二氧化硅，而且利用這種方法得到的材料的有序度高，并且簡單可控，重復性好。有序介孔高分子材料和有序介孔炭材料的合成雖然用液相合成的方法取得了一定的成功，但是目前報道中也存在一定問題，比如合成的過程中需要水熱、強堿或強酸的條件，或者需要較長的合成時間。因此發展一種在室溫下即可快速生成沉淀的液相合成法具有非常重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速制備有序介孔炭的方法。它的工藝簡單、反應條件溫和、時間短且易于操作。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現。

一種有序介孔間苯二酚-甲醛高分子和有序介孔炭的快速制備方法，其具體步驟為：

(1)將堿性催化劑分散或溶解在甲醛溶液中，在攪拌下加入間苯二酚，聚合一段時間后，得到具有一定聚合度高分子前軀體溶液；

(2)將非離子表面活性劑溶解在乙醇-水溶液中，得到透明的表面活性劑溶液；

(3)將高分子前軀體溶液和表面活性劑溶液混合均勻，在強烈攪拌下加入一定量的酸催化劑至體系PH＝0-3，繼續攪拌，溶液變渾濁并開始成兩相；

(4)離心或靜置除去上層溶液后，收集沉淀，得到膠狀的高分子-表面活性劑的復合物。將膠狀物放入烘箱中干燥后，在惰性氣氛中焙燒得到有序介孔間苯二酚-甲醛高分子和有序介孔炭。

上述第(1)步中所述甲醛與間苯二酚摩爾比在0.8到3之間。

上述第(1)步中所用的堿催化劑可以為氨水，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，氫氧化鈣，氫氧化鋇等無機堿；四甲基氫氧化銨，四乙基氫氧化銨，四丙基氫氧化銨，甲胺，乙胺，丙胺，二甲胺，乙二胺等有機堿。

上述第(1)步中所述間苯二酚和甲醛預先聚合的溫度在10-50℃，時間在0.25-4小時。

上述第(2)步中所用的非離子表面活性劑為所用的非離子表面活性劑為環氧乙烷(EO)環氧丙烷(PO)，環氧丁烷(BO)和烷基(C_nH_2n+1)的嵌段共聚物EO_nPO_mEO_n，EO_nBO_mEO_n，EO_nPO_m，EO_nBO_m，EO_nC_nH_2n+1。

上述第(2)步中所述溶劑中乙醇和水的質量比在0.1到9之間。

上述第(3)步中所述用的酸催化劑可以為鹽酸，硝酸，硫酸，磷酸等無機酸；乙二酸，檸檬酸，酒石酸等有機酸。