[發明專利]一種有序介孔碳化硅的制備方法

有效

• 申請號: 201610022824.8
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105502403B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 任軍;靳永勇;孫偉;史瑞娜;王娟;王婧;郝盼盼
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B32/977
• 分類號: C01B32/977
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 張彩琴

技術領域

本發明涉及一種微波焙燒制備有序介孔碳化硅的方法，屬于有序介孔材料合成工藝領域。

背景技術

碳化硅具有良好的化學穩定性、高溫穩定性、高的熱傳導率、抗氧化腐蝕等優良特性，使碳化硅可以作為高溫結構部件、大規模集成電路的基片，還可作為高溫反應催化劑的優良載體，廣泛應用于化學化工、機械、冶金等工業領域。碳化硅制備通常利用碳熱還原反應，需要加熱到2000℃上，制得的碳化硅比表面積小且無孔，該方法費時耗能急需改進。

目前介孔碳化硅的制備分為硬模板和軟模板兩種方法，如專利CN201510269148是硬模板法制備介孔碳化硅，將聚碳硅烷溶于有機溶劑，使聚碳硅烷填充在有序介孔二氧化硅中，再在惰性氣體保護下高溫焙燒，得到碳化硅與二氧化硅的復合物，氫氟酸除去模板，即得到有序納米介孔碳化硅材料。再如專利CN201010152336將蔗糖溶于水，使其進入SBA-15或KIT-6的介孔孔道中，蔗糖碳化，制得介孔二氧化硅中填充有碳的復合物，在鎂粉作用下低溫焙燒得到介孔碳化硅。硬模板法成本較高且增加了去除模板的步驟。軟模板如專利CN201210146069以間苯二酚、甲醛、正硅酸四乙酯為原料，用溶膠-凝膠法得到碳化硅前驅體，經過碳熱還原生成介孔碳化硅。兩種方法都需高溫焙燒，能耗高。

發明內容

本發明為了解決現有技術中制備介孔碳化硅耗時冗長、能耗高等問題，提供了一種有序介孔碳化硅的制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種有序介孔碳化硅的制備方法，其步驟為：

㈠制備有序介孔SiO₂/C復合材料

㈡微波還原制備有序介孔碳化硅

有序介孔SiO₂/C復合材料置于微波爐中間區域，調整位置，直至紅外測溫探頭測得復合材料的最大溫度點；抽真空至真空度為0.09MPa，通入氮氣至真空度為0.03MPa，抽真空、通氮氣步驟反復進行兩次，后再次抽真空至真空度為0.09MPa，通入氮氣至真空度為0.07MPa；開啟微波爐冷卻水循環裝置，打開微波控制開關，調節微波功率使得爐內升溫至1300℃±10℃，恒溫反應20min；關閉微波控制開關，停止加熱，抽真空至真空度為0.09MPa，爐內自然冷卻至室溫后，關閉循環水；打開放空閥，待微波爐內壓力達到大氣壓強時，爐門自動打開，取出，獲得粉末狀的有序介孔碳化硅。

本發明實際操作時所采用的微波爐為南京杰全微波設備有限公司生產，其型號為NJZ4-3。

本發明將微波技術應用于碳化硅的制備，短時間內迅速升溫，顯著縮短制備時間，降低能耗，大大減少了傳統制備方法制備耗時過長的缺點，制備耗時較短、原料配比合理、產物穩定，是制備有序介孔碳化硅十分理想的一種方法。

另外，本發明步驟㈡獲得的有序介孔碳化硅粉末隨后進行了除雜處理，該除雜處理包括高溫除碳處理以及酸洗除硅處理。

具體實施時，所述高溫除碳處理的步驟為：將有序介孔碳化硅粉末置于馬弗爐內，700℃焙燒2h，除去未反應的碳。所述酸洗除硅處理的步驟為：將有序介孔碳化硅粉末置于50%體積分數的氫氟酸溶液中，靜置24h；后離心倒掉上清液，清洗，干燥，除去未反應的硅。

進一步，本發明以三嵌段共聚體結構導向劑F127做模板劑，以正硅酸乙酯做硅源，以酚醛樹脂低聚物做碳源；且制備有序介孔SiO₂/C復合材料的步驟為：

①將F127溶于無水乙醇中，加入鹽酸溶液，40℃恒溫攪拌1h；后依次加入正硅酸乙酯以及酚醛樹脂低聚物的乙醇溶液，40℃恒溫攪拌2h，獲得混合溶液；

②混合溶液置于容器內，室溫下放置5～8h，然后置于100℃恒溫烘箱內24h，容器內形成黃色膜，刮取磨成細粉；

③將該細粉置于管式爐內，以1℃/min升溫至350℃且保溫3h，再以1℃/min升溫至600℃，隨后以5℃/min升溫至900℃且保溫2h，得到黑色的有序介孔SiO₂/C復合材料。

上述方法利用軟模板法先制得有序介孔SiO₂/C的復合材料，再采用微波焙燒碳熱還原快速制得有序介孔碳化硅，制得的碳化硅孔徑集中，比表面積大。

附圖說明

圖1為本發明所述有序介孔碳化硅的透射電子顯微鏡放大圖。圖中：可以看出有序規整介孔的存在。

圖2為本發明所述有序介孔碳化硅的X-射線小角衍射強度圖譜。圖中縱坐標為衍射強度，橫坐標為衍射角2θ，小角XRD在0.8°時出現峰，說明是有序介孔結構。