[發(fā)明專利]一種硫功能化碳泡沫的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110433991.9
• 申請(qǐng)日: 2011-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102553529A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明賢;甘禮華;徐亮;呂耀康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/30;C01B31/02;C02F1/28;C02F1/62
• 代理公司: 上海德昭知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 陳龍梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硫功能化碳泡沫的制備方法。具體是指利用聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷三嵌段共聚物表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，間苯三酚和甲醛為碳源，通過(guò)添加含硫單體來(lái)制備硫功能化碳泡沫的方法。

背景技術(shù)

碳泡沫是一種具有連續(xù)多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳材料。這種碳材料具有較高的比表面積，良好的抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的吸附性、良好的抗壓性以及高度開(kāi)放孔洞結(jié)構(gòu)等獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理性質(zhì)，因此，它在吸附與分離、催化劑及催化劑載體、電極材料等領(lǐng)域均有著十分廣闊而又非常重要的應(yīng)用前景。如發(fā)明名稱為“碳泡沫及其制備方法”(中國(guó)發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL?01816023.9)公開(kāi)了一種碳泡沫的制備方法，并描述了將此碳泡沫應(yīng)用到電池電極，電容器電極等領(lǐng)域。在制備碳泡沫時(shí)，碳源性質(zhì)和制備工藝往往會(huì)對(duì)碳泡沫的微觀結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生較大的影響。因此，眾多科研工作者都在積極地探索碳泡沫的制備工藝。目前，文獻(xiàn)報(bào)道了通過(guò)將瀝青或其他前驅(qū)體經(jīng)過(guò)高溫加熱軟化后，利用發(fā)泡劑發(fā)泡的方法來(lái)制備碳泡沫，如“Petroleum?pitch-based?carbon?foam?materials”(U.S.patent2003071348，2003)、“一種瀝青碳泡沫材料的制備方法”(中國(guó)發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枺?00710040575.6)等。這些方法在發(fā)泡前往往需要對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行較高溫度的預(yù)處理或發(fā)泡時(shí)需要高壓設(shè)備，制備條件苛刻，工藝復(fù)雜。最近，有文獻(xiàn)報(bào)道通過(guò)選擇聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷三嵌段共聚物表面活性劑作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，間苯三酚和甲醛作為碳源制備碳泡沫的方法(Synthesis?of?mesoporous?carbon?materials?via?enhanced?hydrogen-bonding?interaction，J.Am.Chem.Soc.128(2006)5316-5317.)。但是這種碳泡沫材料中，存在表面碳原子相對(duì)惰性等缺點(diǎn)，使得碳泡沫對(duì)廢水中金屬離子的吸附與去除能力受到很大影響，從而限制了碳泡沫材料在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。對(duì)于碳泡沫進(jìn)行硫表面功能化，由于所得碳泡沫表面含有硫元素，因此，可以有效提高碳泡沫對(duì)重金屬汞離子的選擇性吸附能力，這對(duì)利用碳泡沫吸附和去除廢水中汞金屬離子有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種硫功能化碳泡沫的制備方法。用本發(fā)明的方法制備的碳泡沫由于表面含有硫元素，作為吸附材料時(shí)，能克服現(xiàn)有碳泡沫表面碳原子相對(duì)惰性造成的對(duì)廢水中重金屬汞離子選擇性和吸附率不高的缺點(diǎn)，因此，它在吸附和去除廢水中重金屬汞離子方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明選擇聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷三嵌段共聚物表面活性劑作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，間苯三酚和甲醛作為碳源，通過(guò)添加含硫單體來(lái)制備硫功能化碳泡沫。

具體的工藝是按如下幾個(gè)步驟進(jìn)行的：

按間苯三酚∶表面活性劑∶含硫單體∶乙醇∶水∶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸溶液∶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的甲醛溶液＝1∶1∶0.02～0.4∶5～50∶5～50∶0.05～0.2∶1質(zhì)量份數(shù)量取。先將間苯三酚、表面活性劑、含硫單體、乙醇和水混勻后，加入鹽酸溶液作為催化劑，攪拌30～60min后加入甲醛溶液，繼續(xù)攪拌30～60min后混合溶液分為上下兩層，分離得到下層溶液繼續(xù)攪拌3～24h獲得塊狀聚合物。所得聚合物于40～100℃干燥2～24h后，在管式爐中，氮?dú)獗Ｗo(hù)，按0.5～10℃/min的升溫速率將其加熱至600～1000℃炭化，最后自然降溫至室溫即得硫功能化碳泡沫。經(jīng)測(cè)定，所得碳泡沫的孔徑分布在2～8nm之間，比表面積250m²/g以上。測(cè)試分析表明，所得碳泡沫對(duì)廢水中重金屬汞離子的吸附能力達(dá)到150mg/g以上。

上述含硫單體選擇對(duì)巰基苯酚或者硫脲。

上述表面活性劑選用聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷三嵌段共聚物，Sigma-Aldrich公司生產(chǎn)，商品名稱F127，平均分子量為12600。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明選擇聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷三嵌段共聚物表面活性劑作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，間苯三酚和甲醛作為碳源，對(duì)巰基苯酚或者硫脲作為含硫單體制備硫功能化碳泡沫。在碳泡沫的制備過(guò)程中既不需要預(yù)先將碳源高溫軟化，不需要添加任何發(fā)泡劑，也不需要任何高壓設(shè)備，因此，該方法設(shè)備要求低，工藝簡(jiǎn)單，制備效率顯著提高。

2.用本發(fā)明的方法制備的碳泡沫由于表面含有硫元素，作為吸附材料時(shí)，能夠克服現(xiàn)有碳泡沫表面碳原子相對(duì)惰性，有效提高碳泡沫對(duì)重金屬汞離子的選擇性吸附能力，這對(duì)利用碳泡沫吸附和去除廢水中汞金屬離子有重要的應(yīng)用價(jià)值。