[發明專利]一種超雙親性碳及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201911111702.6
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN112794303B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 樊紅雷;韓布興;楊冠英
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C07C5/03;C07C15/073;C07D301/03;C07D303/04;C07C45/00;C07C49/04
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本發明公開了一種超雙親性碳及其制備方法與應用。它的制備方法，包括以下步驟：將木粉與含有雙三氟甲磺酰亞胺陰離子的離子液體混合，然后在惰性氣氛中進行熱解，即得到超雙親性碳。本發明所述的超雙親性碳應用于制備Pickering乳液或在Pickering乳液催化中。本發明制備的超雙親碳同時具有超親水性和超親油性，對于水與油如十二烷的接觸角均接近于0°。該超雙親碳能夠在油?水以及油?油體系中形成Pickering乳液；并且能夠提高相關反應如加氫、環氧化以及乙?；姆磻?。本發明有助于實現油?水以及油?油體系形成穩定的Pickering乳液，進一步提高乳液當中的催化反應效率。

技術領域

本發明涉及一種超雙親性碳及其制備方法與應用，屬于碳材料改性和Pickering乳液催化領域。

背景技術

Pickering乳液是指在液-液互不相溶的兩相界面上存在的固態粒子作為為乳化劑和穩定劑的乳液。由于Pickering乳液的穩定劑為固體粒子，因此與表面活性劑穩定的乳液相比具有很大優勢，如Pickering乳液所需的膠體粒子濃度遠遠低于表面活性劑濃度，可降低乳化劑的用量，節約成本；固體粒子對人體和環境的毒害作用遠小于表面活性劑；Pickering乳液體系不易受外界酸堿性、鹽濃度、溫度及油相組成的影響，具有更強的穩定性。因此，Pickering乳液在食品加工、生物醫藥、催化等領域具有較好的應用前景。對于Pickering乳液而言，不易潤濕顆粒的液體容易成為分散相。這也就是親水性顆粒(如SiO₂)可以穩定水包油型乳液，而親油性顆粒(如炭黑)可用于穩定油包水型乳液，但是固體粒子同時能穩定油-水乳液和油-油乳液的并不多見。

影響Pickering乳液穩定性的因素很多，其中固體顆粒表面潤濕性是一種重要的影響因素。同時增加可潤濕性固體粒子的親水和親油性可以提高乳液的穩定性。而超雙親材料同時具有超親水和超親油性，有望進一步提高Pickering乳液的穩定性，從而提高Pickering乳液中催化反應的效率。在固體粒子當中，碳材料由于高的化學和熱穩定性被廣泛地應用到許多領域。為了得到超雙親的碳材料，現有的工作涉及到將親水的氧化石墨烯溶液噴涂到疏水的硫氮共摻石墨烯形成氣凝膠(CN108439373)；也有將親水和疏水基團同時修飾到碳納米管或者聚合物上(CN107174972；CN104383899)；還有將石墨粉通過雙氧水氧化進一步通過電化學氧化來改善碳的親水性(CN101468796)。從現有制備超雙親碳的方法來看，有的方法工藝復雜，還有的方法需要采用高附加值的氧化石墨烯或者碳納米管作為原料。

發明內容

本發明的目的是提供一種超雙親性碳及其制備方法與應用。

本發明提供的一種超雙親性碳的制備方法，包括以下步驟：將木粉與含有雙三氟甲磺酰亞胺陰離子的離子液體混合，然后在惰性氣氛中進行熱解，即得到超雙親性碳。

上述的制備方法中，所述木粉的原料為硬木和/或軟木；

所述硬木具體選自楊木、櫸木、樟木、柳木、槐木、橡木、梨木和椴木中的至少一種；所述軟木具體選自松木、杉木和柏木中的至少一種。

本發明中，所述木粉的粒徑為本領域公知的常見粒徑。

上述的制備方法中，所述含有雙三氟甲磺酰亞胺陰離子的離子液體是指陽離子為咪唑、吡啶、季銨、季鏻、吡咯、哌啶和含有上述陽離子并帶有取代基的同系物中的至少一種；所述取代基選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基中的至少一種；具體地，所述陽離子為甲基丁基咪唑、三丁基己基鏻或三丁基甲基銨。

上述的制備方法中，所述木粉與所述含有雙三氟甲磺酰亞胺陰離子的離子液體的質量比可為0～6:1，具體可為6:1、3:1、1:1或1～6:1。

上述的制備方法中，所述惰性氣氛為氮氣、氬氣和氦氣中的至少一種；