[發明專利]一種多維-多級孔SiO2/C復合粉體及其制備方法

有效

• 申請號: 201410447921.2
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104192829A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 趙雷;陳輝;方偉;梁峰;杜星;何漩;王璽堂
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B33/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于多孔復合粉體技術領域。具體涉及一種多維-多級孔SiO₂/C復合粉體及其制備方法。

背景技術

多孔材料以其優異的性能在各個領域得到了廣泛的應用，但由于單一孔材料存在明顯的缺陷，所以人們致力于研究將各種孔材料優點結合起來的材料，即多級孔材料。多級孔材料是指材料中具有兩級或兩級以上的復合孔材料，例如：介孔復合材料；微孔-大孔復合材料；介孔-大孔復合材料；微孔-介孔-大孔復合材料。多級孔材料因其優異的特性及其在生物領域中廣闊的應用前景，成為人們的研究熱點之一。

近年來，多級孔材料的研究和制備雖然取得了很大的進展，但仍存在一些未解決的問題，如形貌難以控制、模板成本較高、操作程序復雜、不同模板劑之間的競爭作用難以控制等（李娜，多級孔結構介孔二氧化硅的合成及其性能研究，南開大學，博士學位論文，2012年05月）。研究還發現，利用一維材料對多孔材料進行修飾，可以極大的提高多孔材料的性能，如LIU等（Yonggang?Jin,?Stephen?C.?Hawkins,?Chi?P.?Huynh?and?Shi?Su.?Carbon?nanotube?modified?carbon?composite?monoliths?as?superior?adsorbents?for?carbon?dioxide?capture[J].Energy?Environ.?Sci.,?2013,?6,?2591–2596）利用一維的碳納米管增大多孔炭材料的比表面積，增加其吸附能力。但目前多維復合材料的制備一般是機械的將一維（或二維）材料混合進基體三維多孔材料中而制備得出，制備工藝復雜，一維（或二維）材料的預制備增加了成本，且難以在多孔材料中均勻分布，材料性能不穩定。

????稻殼是大米加工的主要副產物，約占稻谷重量的20%。我國是世界上最大的稻谷生產國，稻殼來源廣泛，且價格便宜。國內外對稻殼的綜合利用雖進行了廣泛的研究，但真正能夠形成規模生產、大量有效利用稻殼的途徑并不多，或是經濟效益不顯著、增值不大，或是在工藝上、技術上、質量上、環境污染等方面還存在一些問題。如“一種稻殼制備活性炭的方法”（CN201010570920.9））專利技術，公開了一種利用稻殼、氧化鋅、稀鹽酸、氫氧化鈉為原料生產活性炭的方法，該方法缺陷主要體現在氧化鋅用量大和成本高，稻殼經高溫活化后后含碳量低，故而活性炭的產量低；又如“利用稻殼制備高純硅的方法”（CN20101027008.6）專利技術，公開了一種利用稻殼制備高純硅的方法，該方法工藝復雜，工藝中還需1000~2000℃的高溫處理，附加值低和成本高。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種成本低廉、工藝簡單、環境友好和適合于工業化生產的制備多維-多級孔復合粉體的方法。用該方法制備的多維-多級孔SiO₂/C復合粉體具有一維/三維復合、多維/多級孔原位形成、比表面大和附加值高的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：

步驟一、稻殼的酸處理

將稻殼置于濃度為1~15wt%的鹽酸、硫酸或草酸的溶液中，在90~100℃條件下水浴1~2h，過濾；再用水清洗稻殼至清洗液的pH值為6~8，過濾；然后在80~100℃條件下保溫24~30h，得到酸處理稻殼。

步驟二、稻殼的預處理

按酸處理稻殼與氯化鋅的水溶液質量比為1︰(8~20)將酸處理稻殼加入氯化鋅的水溶液中，在室溫和常壓條件下放置24~72h，然后在80~100℃條件下保溫36~144h，得到預處理稻殼。

步驟三、稻殼的再處理

按預處理稻殼與含鎳的有機配合物中鎳元素的質量比為1︰(0.0005~0.005)，將預處理稻殼加入到含鎳的有機配合物的溶液中，在室溫和常壓條件下放置20~24h，然后在80~100℃條件下保溫24~30h，得到再處理稻殼。

步驟四、稻殼的高溫處理

將再處理稻殼在氬氣和800~1300℃條件下保溫3~4h、或在氮氣和800~1300℃條件下保溫3~4h，得到多維-多級孔SiO₂/C復合粉體。

所述氯化鋅的水溶液的濃度為5~30wt%。

所述含鎳的有機配合物為鄰苯二甲酸根橋連鎳的有機配合物、丁二酮肟鎳的有機配合物、L-半胱氨酸鎳的有機配合物、四氮雜大環四烯鎳配合物、吡啶-2-甲醛肟與鎳的有機配合物中的一種。

由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比，具有如下積極效果：