[發明專利]一種制備大孔徑介孔碳的簡便方法

在審

• 申請號: 201410101279.2
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103879986A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 莊韋;陳強;趙亞麗;何臻
• 申請（專利權）人: 常州南京大學高新技術研究院
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術領域：

本發明涉及一種制備大孔徑介孔碳的簡便方法，具體涉及一種利用增孔劑控制和提高介孔碳孔徑的方法。

背景技術：

介孔碳由于具有較高的比表面積，較好的水熱穩定性，疏水性和親有機物特性等性質，使其在吸附、分離、催化及新型功能材料的開發等領域都有很重要的應用價值。近年來，人們對于大孔徑介孔碳材料的合成已經取得了很大的進展。

通過改變模板劑已經合成出了很多具有較大孔徑的介孔碳材料。最近，CN101153051A直接采用具有超大分子量疏水段的AB型嵌段共聚物PEO-b-PS作為介孔材料的結構導向劑，合成了材料孔徑超過22nm的介孔材料；CN101134567A利用AB型嵌段共聚物PEO-b-PMMA作為介孔材料的結構導向劑，合成壁厚達到6～16nm的介孔材料。CN102380334A采用兩嵌段聚合物PDMS-PEO和三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO為混合結構導向劑，合成的介孔碳的孔徑范圍為5.0～6.2nm。盡管如此，到目前為止，利用ABA型兩親型三嵌段共聚物為模板劑，通過添加擴孔劑來增大介孔碳的孔徑，目前還沒有文獻報道。

發明內容：

本發明的目的在于提出一種簡單易行、成本低廉的制備大孔徑介孔碳（孔徑范圍6～10nm）材料的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種制備大孔徑介孔碳的簡便方法，它包括以下具體步驟：

步驟1.將含有聚氧乙烯的嵌段共聚物表面活性劑、擴孔劑及乙醇按質量比1:0.5～3:0～3，混合均勻，溫度控制在10℃～25℃攪拌1～4小時；

步驟2.將可溶性酚醛樹脂加入到步驟（1）中的混合溶液繼續進行攪拌2～5小時，可溶性酚醛樹脂與含有聚氧乙烯段的嵌段共聚物表面活性劑的質量比為1:1；

步驟3.將步驟2得到的混合溶液通過旋涂或者簡單的靜置鋪膜的方法使揮發性溶劑乙醇揮發完全，若不加乙醇則直接進入下一步；

步驟4.待上述溶劑揮發完全后，將所得的產物置于80～120℃的環境下熱聚10～30小時，130～180℃的環境下固化5～25小時，使酚醛樹脂固化以得到固定介觀結構聚合產物；

步驟5.將步驟4得到的固化的聚合產物置于惰性氣體保護下的管式爐中高溫碳化除去擴孔劑及表面活性劑，碳化溫度為600℃，時間為4小時，碳化后的產物即為大孔徑介孔碳材料。

上述的制備大孔徑介孔碳的簡便方法，步驟1所述的含有聚氧乙烯的嵌段共聚物表面活性劑作為介觀結構導向劑，它是具有聚氧乙烯（PEO）強親水段嵌段的共聚物表面活性劑，它可以是聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物（數均分子量為12600）。

上述的制備大孔徑介孔碳的簡便方法，步驟1所述的擴孔劑為甲苯、二甲苯或三甲苯中的一種。

上述的制備大孔徑介孔碳的簡便方法，步驟2所述的可溶性酚醛樹脂為碳材料前驅體，它的數均分子量為200～500，反應物料為苯酚、甲酚或二甲酚中的一種和甲醛、糠醛、乙醛或水楊酸中的一種，反應物料苯酚與甲醛的摩爾比為1:（0.8～3），反應溫度為65～85℃，反應時間為0.5～3小時，反應體系的pH為7～11，反應所用催化劑為NaOH。

上述的制備大孔徑介孔碳的簡便方法，所述的步驟1和步驟2可以合并，即在步驟1中同時加入可溶性酚醛樹脂，一同攪拌。

本發明中，利用表面活性劑的増溶原理，在低溫條件下加入擴孔劑使表面活性劑的疏水內核膨脹從而增大介孔碳的孔徑，同時因為混合物的濃度很高更加有利于擴孔劑進入膠束內部。

本發明與現有技術相比具有如下特點

（1）不用額外合成嵌段共聚物，得到的大孔徑介孔碳孔徑可以控制在6～10nm之間。

（2）合成的介孔碳的孔結構保持完整，孔徑比較規則，孔道為六方有序排列結構，孔徑分布較窄。

（3）原料易得，過程簡單，操作方便，成本低廉。

附圖說明：

圖1為本發明方法制得的大孔徑介孔碳的TEM圖。

具體實施方式：

實施例1