[發明專利]一種制備單分散介孔碳微球的方法

在審

• 申請號: 201711449574.7
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN107892289A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 龍東輝;田夢
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 陳亮

技術領域

本發明屬于碳材料制備方法，尤其是涉及一種制備單分散介孔碳微球的方法。

背景技術

介孔碳材料具有較高的比表面積、豐富的孔道結構、良好的穩定性等特性，在諸多領域具有非常廣泛的應用，而球形碳材料因具有均勻填充密度、較高機械強度，良好流動性和快速吸脫附速率等優勢而更具發展潛力。模板法和溶膠-凝膠法是目前制備介孔碳材料的最常見方法之一。然而，模板法在浸漬過程中前驅體易在硬模板的孔道外聚集或孔道內不完全填充，而溶膠-凝膠法需要復雜冗長的超臨界干燥技術，而且批量制備具有高孔體積介孔碳材料仍存在難以逾越的成本問題。所以低成本規模化制備單分散介孔碳材料是關鍵。

噴霧干燥是一種非常有效的制備顆粒的方法，其流程簡單、干燥速度快、易實現擴大和規模化生產，廣泛應用于食品、藥品和生物試劑等生產領域。因而，噴霧干燥是一個可以耦合液相模板合成和顆粒工程的優良平臺，有利于保證材料有序孔隙結構和單分散特性的同時實現低成本規模化制備。在題為《Large-scale synthesis of mesoporous carbon microspheres with controllable structure and nitrogen doping using a spray drying method》中，作者采用商用硅溶膠作為模板劑，通過噴霧干燥法制備了三種不同孔徑的中孔炭球，但由于商用硅溶膠型號有限，無法實現對中孔孔徑的靈活調控。在題為《噴霧干燥法制備中孔炭微球及其吸附性能研究》中，作者研究了不同實驗參數對中孔炭球孔容和收率的影響，經過參數優化后，孔容可達2.7cm³/g，收率可達76％，但仍需進一步優化實驗參數以提高噴霧干燥收率和材料孔容以提高吸附性能。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種工藝簡單、高收率制備高孔容介孔碳微球方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種制備單分散介孔碳微球的方法，采用以下步驟：

(1)酚醛樹脂溶液的制備：將酚和醛混合溶解在水中，常溫下攪拌20min，在制備得到的酚醛溶液中滴加提前制備好的納米二氧化硅水分散液，加水將混合液稀釋至濃度為20w/v％，并置于50℃水浴中加熱攪拌1h；

(2)聚合物微球的制備：上述制備好的混合液被泵入噴霧干燥機，在一定的進風風量、進料速率、干燥溫度和噴霧壓力下，得到聚合物微球，經旋風分離后被收集于末端收集瓶中；

(3)介孔碳微球的制備：將聚合物微球在氬氣氣氛中高溫煅燒，然后將其浸泡在刻蝕劑中，除去納米二氧化硅，用水洗滌多次，干燥后即可得到介孔碳微球。

步驟(1)中，

所述的酚為苯酚或間苯二酚中的一種或兩種，

所述的醛為甲醛或糠醛中的一種或兩種，

控制酚和醛的摩爾比為0.5～1，

所述的納米二氧化硅水分散液中的膠體二氧化硅平均粒徑為20～40nm，

控制酚醛和納米二氧化硅水分散液的質量比為0.2～0.5。

步驟(2)中，

所述的進風風量為180～360m³/h，

所述的進料速率為1～10mL/min，

所述的干燥溫度為150～200℃，

所述的噴霧壓力0.2～0.4MPa。

作為更加優選的實施方式，步驟(2)中控制進風風量為200～220m³/h，進料速率為4～5mL/min，干燥溫度為180～190℃，噴霧壓力0.2～0.25MPa。