一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法
2023-06-05 09:31:56 1
專利名稱：一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種採用溶膠一凝膠法一步製備納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭材 料的方法。
背景技術：
多孔炭材料由於其巨大的比表面積和優異的吸附性能，在氣體分離、汙水處理等領域具 有很廣泛的應用，其吸附容量遠遠高於其他多孔吸附材料，如沸石、矽膠等。多孔炭中豐富 的孔空間不僅是吸附場所，同時由於其特殊的分子場，導致被吸附分子之間的相互作用很強， 從而賦予多孔炭特殊的吸附功能。多孔炭上存在的大量表面官能團也賦予了多孔炭很好的催 化活性。正是多孔炭特殊的孔結構和表面官能團決定了其性能。多孔炭材料耐高溫、耐腐蝕、 導電性好、化學穩定性高，同時具有生物相容性。因此多孔炭材料廣泛應用於吸附分離材料、 催化材料、電子能源材料和生物材料等領域。
納米氧化鋅顆粒的粒徑介於l 100nm之間，由於顆粒尺寸的細微化，納米氧化鋅產生了 其本體塊狀材料所不具備的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，因而使 得納米氧化鋅在磁、電、光、敏感等方面具有一些特殊的性能。納米氧化鋅顆粒由於納米材 料本身特有的顆粒尺寸和表面特性以及氧化鋅在納米尺度所表現的光催化活性和優越的抗 菌、除臭、消毒等性能，使得納米氧化鋅在環保領域具有了重要的應用價值。
將納米氧化鋅與多孔炭材料複合，可以使這種複合材料同時具有多孔炭優越的吸附性能 和納米氧化鋅的抗菌、光催化等多重功能，尤其是做成塊體材料，能更方便的應用於催化劑 載體、抗菌等多個領域，具有廣泛的應用前景。
發明內容
本發明的目的在於提供一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法。本發 明在酚醛聚合的溶膠一凝膠過程中將醋酸鋅加入，使其作為催化劑催化聚合反應的發生，隨 即在炭化過程產生的氧化鋅又可作為活化劑促進多孔炭的活化開孔。製備出的塊體多孔炭材 料具有高比表面積，並且摻雜有粒徑分布均勻的納米氧化鋅，因而同時具有兩種材料的複合 性能。
本發明的技術方案是 一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法，是以
間苯二酚和甲醛為反應單體，水作溶劑，加入醋酸鋅作為催化劑，配製成酚醛溶液；各成分
配比為間苯二酚/醋酸鋅=5 200摩爾比，間苯二酚/甲醛=0.5摩爾比，間苯二酚/水=0.2
1.6質量比；先將醋酸鋅和間苯二酚混合，然後加入水，攪拌至溶液澄清，再加入甲醛充分
混合，將配製好的酚醛溶液放入密閉的反應容器中老化，取出後，常壓條件下乾燥，然後在惰性氣氛中炭化得到多孔炭；老化的溫度是50 90°C，時間是2 4天；乾燥條件是常壓烘 幹，烘乾的溫度是50 90°C ，時間是6 24小時；炭化的溫度為500 850°C,炭化時間是 2 4小時。所述的間苯二酚/水最佳比為0.2 0.8質量比。惰性氣體為氮氣，開孔劑為炭化 產生的氧化鋅。
本發明方法採用溶膠一凝膠法，在酚醛聚合過程中醋酸鋅作為催化劑均勻的分散在有機 凝膠網絡中，在隨後的炭化過程中醋酸鋅轉化為氧化鋅，使得納米氧化鋅顆粒均勻的分散在 多孔炭材料的網絡結構中，且不致脫落，所得複合材料同時具有了多孔炭的吸附功能和納米 氧化鋅的光催化和抗菌等功能，具有廣泛的應用前景。
本發明的有益效果是本發明方法所製備得到的納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔 炭表面光滑，質地均勻。多孔炭內部具有豐富的微孔、中孔和大孔，BET比表面積可到450 800mVg，氧化鋅質量分數可達25%。製備方法簡便，快速，可實現工業化生產。
圖1是納米氧化鋅摻雜的多孔炭的X-Ray衍射圖。與資料庫查的標準圖譜對比，為高 純度的六方晶系氧化鋅，計算其粒徑為23nm。
圖2是納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的TEM圖，顯示多孔炭材料具有豐富的 孔隙結構。
圖3是壓汞法測得的納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的孔徑分布圖，顯示該 材料在15nm和17um具有集中的孔徑分布。
具體實施例方式
實施例1
按間苯二酚(R):甲醛(F):水(W):醋酸鋅(C) =6g: 8. 2g: 3.8ml: 0. 12g將間苯二 酚和醋酸鋅混合，加入去離子水溶解，溶液變成透明時，加入甲醛充分混合後，放入烘箱中
反應，形成凝膠。得到的凝膠乾燥後在惰性氣體保護下80or炭化即得到納米氧化鋅摻雜的
塊體多孔炭。氮吸附測試結果表明其比表面積為478 mVg，孔容積為0. 64cmVg。
實施例2
按間苯二酚(R):甲醛(F):水(W):醋酸鋅(C) =6g: 8.2g: 30.7ml: 024g將間苯二酚和
醋酸鋅混合，加入去離子水溶解，溶液變成透明時，加入甲醛充分混合後，放入烘箱中反應，
形成凝膠。得到的凝膠乾燥後在惰性氣體保護下80(TC炭化即得到納米氧化鋅摻雜的塊體多 孔炭。氮吸附測試結果表明其比表面積為733 mVg，孔容積為0.50 cmVg。
實施例3
按間苯二酚(R):甲醛(F):水(W):醋酸鋅(C) =6g: 8.2g: 8.2ml: 0. 24g將間苯二酚和醋酸鋅混合，加入去離子水溶解，溶液變成透明時，加入甲醛充分混合後，放入烘箱中反應，
形成凝膠。得到的凝膠乾燥後在惰性氣體保護下80(TC炭化即得到納米氧化鋅摻雜的塊體多 孔炭。氮吸附測試結果表明其比表面積為625 m2/g，孔體積為0.91 cmVg。
實施例4
按間苯二酚(R):甲醛(F):水(W):醋酸鋅(C) =6g: 8. 2g: 7.2ml: 1. 2g將間苯二酚和
醋酸鋅混合，加入去離子水溶解，溶液變成透明時，加入甲醛充分混合後，放入烘箱中反應，
形成凝膠。得到的凝膠乾燥後在惰性氣體保護下800'C炭化即得到納米氧化鋅摻雜的塊體多 孔炭。氮吸附測試結果表明其比表面積為676 m2/g，孔容積為1.20cmVg，得到的產品中氧 化鋅的含量為14wt%。
實施例5
按間苯二酚(R):甲醛(F):水(W):醋酸鋅(C) =6g: 8. 2g: 6ml: 2. 4g將間苯二酚和醋
酸鋅混合，加入去離子水溶解，溶液變成透明時，加入甲醛充分混合後，放入烘箱中反應，
形成凝膠。得到的凝膠乾燥後在惰性氣體保護下80(TC炭化即得到納米氧化鋅摻雜的塊體多 孔炭。氮吸附測試結果表明其比表面積為688m2/g，孔容積為1.06cm3/g，得到的產品中氧化 鋅的含量為24 wt%。該顆粒經由X-ray衍射分析，證明為六方晶系氧化鋅晶體，根據Scherrer 公式計算的晶粒粒徑為23nm。
實施例6
將所得的塊體多孔炭材料進行抗菌實驗。取無菌5ml注射器外筒2個，下端用兩層無菌 濾紙封口，然後各裝入lg無菌負載氧化鋅納米顆粒的活性碳纖維。將大腸桿菌/金黃葡萄球 菌菌液以自然流速通過負載氧化鋅納米顆粒的活性碳纖維柱層。取作用後的菌懸液，塗布於 無菌培養基上，將各培養基擱置桌面30niin,以使菌液被培養基充分吸收，然後將其倒置於恆 溫培養箱內培養24h。然後取出平板進行菌落計數，並計算殺菌率。實驗證明，納米氧化鋅 摻雜的塊體多孔炭材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌率為100%。
權利要求
1、一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法其特徵在於，該方法是以間苯二酚和甲醛為反應單體，水作溶劑，加入醋酸鋅作為催化劑，配製成酚醛溶液；各成分配比為間苯二酚/醋酸鋅＝5～200摩爾比，間苯二酚/甲醛＝0.5摩爾比，間苯二酚/水＝0.2～1.6質量比；先將醋酸鋅和間苯二酚混合，然後加入水，攪拌至溶液澄清，再加入甲醛充分混合，將配製好的酚醛溶液放入密閉的反應容器中老化，取出後，常壓條件下乾燥，然後在惰性氣氛中炭化得到多孔炭；老化的時間是2～4天，溫度是50～90℃；乾燥條件是常壓烘乾，烘乾的溫度是50～90℃，時間是6～24小時；炭化的溫度為500～850℃，炭化時間是2～4小時。
2、 按照權利要求1所述的一種納米氧化鋅慘雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法， 其特徵在於，所述的間苯二酚/水=0. 2 0. 8質量比。
3、 按照權利要求1所述的一種納米氧化鋅摻條的高比表面積塊體多孔炭的製備方法， 其特徵在於，所述的惰性氣體為氮氣。
4、 按照權利要求1所述的一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法， 其特徵在於，所述的開孔劑為炭化產生的氧化鋅。
全文摘要
本發明涉及一種納米氧化鋅摻雜的高比表面積塊體多孔炭的製備方法。該方法是以間苯二酚和甲醛為反應單體，水作溶劑，加入醋酸鋅作為催化劑，配製成酚醛溶液；各成分配比為間苯二酚/醋酸鋅＝5～200摩爾比，間苯二酚/甲醛＝0.5摩爾比，間苯二酚/水＝0.2～1.6質量比；先將醋酸鋅和間苯二酚混合，然後加入水，攪拌至溶液澄清，再加入甲醛充分混合，將配製好的酚醛溶液放入密閉的反應容器中老化，取出後，常壓條件下乾燥。本方法一步合成，簡便快速，所得複合材料同時具有了多孔炭的吸附功能和納米氧化鋅的光催化和抗菌等功能，具有廣泛的應用前景。
文檔編號C01B31/00GK101314468SQ20081001196
公開日2008年12月3日 申請日期2008年6月20日 優先權日2008年6月20日
發明者農谷珍, 李文翠, 蔡麗娜 申請人:大連理工大學