以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法
2023-05-29 20:37:41
專利名稱：以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法。
背景技術：
介孔炭是一種穩態的碳晶體，其結構中存在介孔孔道(2. 0 50. Onm)，與多孔炭相比，介孔炭的孔徑要小，孔道結構更集中、孔隙率高、孔徑分布窄，而且在結構上具有短程，即原子水平無序，長程，即介觀水平有序的特點，同時其孔徑容易控制，是多孔炭材料的一個重要分支。介孔炭材料以其較高的比表面積、較窄的孔徑分布、極好的化學和熱穩定性，呈現出取代傳統炭材料的趨勢。自其誕生以來，一直是材料界研究的重點。1992年，美國Mobil公司的Beck等首次運用納米自組裝技術成功地合成出具有規整孔道結構、孔徑可在1. 0 10. Onm可調的新型結晶M41S系列氧化矽(鋁)有序介孔分子篩，開拓了分子篩材料研究的新的裡程碑。自此之後，設計和開發具有精細孔道結構的新型材料，由於其對工業發展具有巨大的推動作用，一直是材料科學研究的一個重要的前沿領域。近年來，無機化學家們在分子篩合成的基礎上，致力於介孔材料的研究和開發，取得了很大的進展，合成了一系列介孔(2. 0 50. Onm)材料。尤其是合成具有納米孔結構的介孔炭材料近年來引起人們廣泛興趣，這類材料在吸附、催化、電子等領域顯示出良好的應
用前景。介孔炭材料的合成方法分為催化活化法、有機凝膠炭化法和模板法等。1.催化活化法催化活化法是利用金屬及其化合物對碳的氣化的催化作用，如專利CN101367514 以嵌段共聚物為結構導向劑，樹脂為碳前驅體，固體鹼為催化劑，在非水溶劑中採用溶膠一凝膠技術先組裝成有機/有機複合物薄膜，然後炭化得到有序介孔炭。雖然該法具有比酸性體系中的合成產物更加高度穩定的三維交聯網絡結構，直接炭化體積收縮和塌陷小，更易於得到有序介孔炭，但是缺點是難以精確控制介孔的結構、尺寸及孔分布。且催化活化法製備介孔炭材料，金屬進入炭材料內部是不可避免的，並且以該方法製得的介孔炭擁有大量的微孔。2.有機凝膠炭化法有機凝膠炭化法是炭化由溶膠-凝膠反應製備的有機凝膠，如專利CN101362598、 CN1899959報導的都是在一定條件下，用硫酸，三嵌段表面活性劑、正矽酸乙酯和蔗糖混合併攪拌，經過溶膠-凝膠，晶化與預炭化、去矽化得到有序介孔炭材料。雖然合成出的介孔炭材料具有規則排列的孔道結構、較大的比表面積，但是所得的介孔是至少部分相連的空間，且昂貴而複雜的超臨界乾燥設備制約著其商業化。3.模板法模板法分為有機模板法和無機模板法，通過選用一種具有特殊孔隙結構的材料作為模板，導入目標材料或前驅體並使其在該模板材料的孔隙中發生反應，利用模板材料的限域作用，達到對製備過程中的物理和化學反應進行調控的目的，最終得到微觀和宏觀結構可控並於傳統意義上完全不同的介孔炭新材料。模板法最突出的特點是具有良好的結構可控制性，它提供了一個能控制並改善納米微粒在結構材料中排列的有效手段。用這種方法所製備的材料具有與模板孔腔相似的結構特徵，若採用的模板具有均一的孔徑，則所合成的納米材料亦將具有均勻的結構。如專利CN101279857、CN101417810、CN101462737、 CN101362598等公布的介孔材料以及介孔炭材料的製備方法均採用有機模板法，在強酸性條件下通過組裝合成。綜上所述，模板法是控制介孔率和孔結構、尺寸的有效方法。到目前為止，沒有以天然埃洛石為模板、通過水熱合成反應製備介孔炭材料的相關報導，本發明就是利用這種新的原料和方法來製備有別於傳統的介孔炭材料。
發明內容
本發明的目的在於提供一種以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，該方法製備的介孔炭材料具有較高的比表面積，其製備工藝簡單。為實現本發明目的，本發明的技術方案是以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於它包括以下步驟1)按天然埃洛石粉體與碳源的質量比為1 1 5，選取天然埃洛石粉體和碳源， 備用；所述的天然埃洛石粉體為管狀結構的埃洛石，純度> 95wt% ；幻按天然埃洛石粉體與酸的配比為5g IOOmL,選取酸；先將天然埃洛石粉體在溫度為300°C 900°C下保溫3小時(熱活化處理)，然後加入酸，機械攪拌2小時後過濾、 洗滌至中性，於85 100°C烘箱中烘M 36小時，得到活化、改性好的埃洛石；3)將活化、改性好的埃洛石和碳源混合均勻，得到埃洛石/炭複合物；將埃洛石/炭複合物置於高壓反應釜內(即聚四氟乙烯儲罐)，高壓反應釜置於烘箱箱中，於 1300C _180°C溫度下保溫6h-48h小時，得到前驅體；4)將前驅體於500°C 900°C，N2保護的氛圍下進行灼燒3 6小時，灼燒結束後將產物隨爐冷卻至室溫，用HF洗滌15 M小時除去產物中模板，再用去離子水洗滌至中性，過濾、烘乾，得到介孔炭材料。步驟1)所述天然埃洛石粉體的製備，它包括如下步驟1)將埃洛石的質量百分含量在30-50%的天然埃洛石原礦和水配成濃度為 10-20wt% (質量)的懸浮液(表示IOOg懸浮液中含10-20g原礦)；2)按六偏磷酸鈉的加入量為天然埃洛石原礦質量的0. 2-0. 5%，向懸浮液中加入六偏磷酸鈉，機械攪拌2-4h，得到漿體；3)將攪拌後的漿體放入離心機中離心分離，轉速1500-2000r/min，離心分離時間為5-lOmin ；離心後，將下層沉澱除去，取上層懸浮液，再次離心，轉速3000-3800r/min，時間為5-lOmin，得到第二次離心的沉澱物；4)取第二次離心的沉澱物，80_100°C烘乾(烘5- )，得到烘乾後的產物，備用；5)取烘乾後的產物，按照天然埃洛石原礦鹽酸的質量比=1 30-1 70的比例，向烘乾後的產物中加入濃鹽酸，在70-80°C下水浴攪拌I-IOh ；將攪拌後的漿體抽濾，取固體水洗至中性，80-100°C烘乾(烘2-4h)，得到管狀結構、純度彡95wt%的天然埃洛石粉體。上述步驟1)中的所述天然埃洛石粉體的化學成份及質量百分含量為=SiO2 = 45. 04%,Al2O3 = 38. 31%,TFe2O3 = 0. 16%,MgO = 0. 05%,CaO = 0. 05%,Na2O = 0. 05%, K2O = 0. 03 %, TiO2 = 0. 04%, P2O5 = 0.02%, MnO5 = 0. 002 %, H2O- = 2. 27%，燒失量 =17. 94% ；天然埃洛石粉體中埃洛石純度大於95wt%，天然埃洛石粉體的平均粒徑為 5. 226um。上述步驟1)中的碳源為糠醇或蔗糖或葡萄糖等碳源。上述步驟2)中酸為HCl、HN03、H2SO4等中的任一種或幾種按任意摩爾比混合的溶液作為改性劑對天然埃洛石進行改性；酸的摩爾濃度為0. 5mol/L lOmol/L。上述步驟4)中的烘乾溫度為80°C _100°C，時間為12 M小時。上述步驟4)中的HF的濃度為40wt %。以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料基本原理採用液相浸漬、氣相沉積、水熱合成等方法將有機物均勻置於天然埃洛石模板的孔隙中，然後對混合物進行高溫炭化，得到天然埃洛石/炭複合物，再用酸去除模板，即得到具有模板無機物網絡結構特徵的介孔炭材料。採用天然埃洛石作模板的最大的優點是原料來源廣泛、價格低廉。與現有技術相比，本發明具有的優點是本發明採用模板法以天然埃洛石為模板成功地合成了介孔炭材料，該介孔炭材料具有較高的比表面積G00m2/g 600m2/g)，說明該介孔炭材料具有較好的吸附性能；同時，該介孔炭材料具有大量的介孔，孔徑分布較窄 (不但富含大量的介孔結構、也含有少量的微孔和大孔且具有三重孔徑分布)，且該合成方法非常簡單，原料來源豐富，價格低廉。
圖1為實施例1所得介孔炭材料的XRD圖譜；圖2為實施例1所得介孔炭材料的N2等溫吸附圖譜；圖3為實施例1所得介孔炭材料的孔徑分布圖譜。圖4是天然埃洛石原礦的XRD圖譜。圖5是本發明實施例1所得到的天然埃洛石粉體的XRD圖譜。圖6是本發明實施例2所得到的天然埃洛石粉體的XRD圖譜。圖7是本發明實施例3所得到的天然埃洛石粉體的XRD圖譜。圖8是本發明實施例1所得到的天然埃洛石粉體的場發射掃描電鏡照片。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限於下面的實施例。實施例1 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)天然埃洛石粉體的製備，它包括如下步驟①將埃洛石的質量百分含量為50%的天然埃洛石原礦(天然埃洛石的主要組成包括埃洛石、高嶺石、伊利石、三水鋁石、石英和長石，見圖4)和水配成濃度為20wt% (質量)的懸浮液(表示IOOg懸浮液中含20g原礦)；②按六偏磷酸鈉的加入量為原礦質量的0. 2%，向懸浮液中加入六偏磷酸鈉，機械攪拌1，得到漿體；③將攪拌後的漿體放入離心機中離心分離，轉速2000r/min，時間為IOmin ；離心後，將下層沉澱除去，取上層懸浮液，再次離心，轉速3800r/min，時間lOmin，得到第二次離心的沉澱物；④取第二次離心的沉澱物，100°C烘乾(烘證)，得到烘乾後的產物，備用；⑤取烘乾後的產物，按照天然埃洛石原礦鹽酸的質量比=1 50的比例，烘乾後的產物中加入濃鹽酸(濃鹽酸的濃度為36-38% )，在70°C下水浴攪拌IOh ；將攪拌後的漿體抽濾，取固體水洗至中性，ioo°c烘乾(烘ao，得到天然埃洛石粉體。天然埃洛石粉體的XRD圖譜如圖5所示，可以看出，圖譜中幾乎未見其它雜質峰， 埃洛石產品的純度大於96% (質量)。天然埃洛石粉體的場發射掃描電鏡照片如圖8所示， 圖8中可見明顯的多層空心管狀結構，是典型的埃洛石微觀形貌特徵。天然埃洛石粉體的平均粒徑為5. 226um。稱取天然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)5. 00g、量取糠醇8. 80ml。2)先將稱好的天然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)置於坩堝中在700°C的溫度下保溫 3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、2mol/L的HC1，於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性(PH為6 8)，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將活化、改性好的埃洛石和8. 80ml糠醇混合均勻後移入高壓反應釜(聚四氟乙烯儲罐)中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒4小時，灼燒結束後，待產物(樣品)隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用濃度為40wt%的 HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性(pH為6 8)、過濾，於 100°C烘乾處理20小時，得到介孔炭材料(最終產品)。圖1為本實施例所得到的介孔炭材料的XRD衍射圖，從圖1中可以看出，製得的介孔炭材料為無定形非晶炭；圖1顯示，在23°與44°附近均出現一個衍射包，分別對應了石墨的(00 和(101)面衍射峰的位置，說明在800°C的炭化過程中出現了一些微弱的石墨微晶有序化。圖2和圖3為所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，從圖2和圖 3可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為468m2/g，朗繆爾面積為6^m2/g，見圖2。具有大量的介孔並具有三重介孔分布，分別為3. 8nm、9. 8nm和48nm，見圖3。實施例2 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)天然埃洛石粉體的製備，它包括如下步驟①將埃洛石的質量百分含量為40%的天然埃洛石原礦(天然埃洛石的主要組成包括埃洛石、高嶺石、伊利石、三水鋁石、石英和長石，見圖4)和水配成濃度為15wt% (質量)的懸浮液(表示IOOg懸浮液中含15g原礦)；②按六偏磷酸鈉的加入量為原礦質量的0. 3%，向懸浮液中加入六偏磷酸鈉，機械攪拌I，得到漿體；
③將攪拌後的漿體放入離心機中離心分離，轉速2000r/min，時間5min ；離心後， 將下層沉澱除去，取上層懸浮液，再次離心，轉速3000r/min，時間5min，得到第二次離心的沉澱物；④取第二次離心的沉澱物，100°C烘乾( )，得到烘乾後的產物，備用；⑤取烘乾後的產物，按照天然埃洛石原礦鹽酸的質量比=1 30的比例，向烘乾後的產物中加入濃鹽酸，在80°C下水浴攪拌證；將攪拌後的漿體抽濾，取固體水洗至中性，ioo°c烘乾(烘ao，得到高純埃洛石(產品)。天然埃洛石粉體的XRD圖譜如圖6所示，可以看出，圖譜中幾乎未見其它雜質峰， 天然埃洛石粉體的純度大於98% (質量)。從天然埃洛石粉體的場發射掃描電鏡照片，可見明顯的多層空心管狀結構，是典型的埃洛石微觀形貌特徵。稱取天然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)5. 00g、葡萄糖10. OOgo2)先將稱好的天然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)置於坩堝中在600°C的溫度下保溫 3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、2mol/L的HC1，於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將活化、改性好的埃洛石和10. OOg葡萄糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理22小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在3. 9nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為470m2/g。實施例3 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)天然埃洛石粉體的製備，它包括如下步驟①將埃洛石的質量百分含量為30% (質量)的天然埃洛石原礦(天然埃洛石的主要組成包括埃洛石、高嶺石、伊利石、三水鋁石、石英和長石，見圖4)和水配成濃度為10% (質量)的懸浮液(表示IOOg懸浮液中含IOg原礦)；②按六偏磷酸鈉的加入量為原礦質量的0. 5%，向懸浮液中加入六偏磷酸鈉，機械攪拌4h，得到漿體；③將攪拌後的漿體放入離心機中離心分離，轉速1500r/min，時間IOmin ；離心後， 將下層沉澱除去，取上層懸浮液，再次離心，轉速3800r/min，時間5min，得到第二次離心的沉澱物；④取第二次離心的沉澱物，80°C烘乾(烘他)，得到烘乾後的產物，備用；⑤取烘乾後的產物，按照天然埃洛石原礦鹽酸的質量比=1 70的比例，向烘乾後的產物中加入濃鹽酸，在70°C下水浴攪拌Ih ；將攪拌後的漿體抽濾，取固體水洗至中性，80°C烘乾(烘4h)，得到天然埃洛石粉體。
天然埃洛石粉體的XRD圖譜如圖7所示，可以看出，圖譜中幾乎未見其它雜質峰， 天然埃洛石粉體的純度大於95% (質量)。從天然埃洛石粉體的場發射掃描電鏡照片，可見明顯的多層空心管狀結構，是典型的埃洛石微觀形貌特徵。稱取天然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)5. 00g、蔗糖10. OOgo2)先將稱好的天然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)置於坩堝中在700°C的溫度下保溫 3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、2mol/L的HC1，於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將活化、改性好的埃洛石和10. OOg蔗糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理20小時，得到介孔炭材料。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄並具有多重介孔分布。從所製得的介孔炭材料的N2 等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為490m2/g。實施例4 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石5. 00g、量取糠醇8. 80ml。2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在300°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、2mol/L的HNO3,於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和8. 80ml糠醇混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理20小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在3. 6nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為498m2/g。實施例5:以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石5. 00g、量取糠醇8. 80ml。2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在900°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、2mol/L的HSO4中於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和8. 80ml糠醇混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在3. 9nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為518m2/g。實施例6 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石5. 00g、量取蔗糖5. 00g。2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在300°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、0. 5mol/L的HNO3,於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於100°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和蔗糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於130°C的烘箱中保溫6小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於500°C，隊氛圍中灼燒3小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於80°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在4. 3nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為538m2/g。實施例7:以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石5. 00g、量取蔗糖25. 00g。2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在900°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入100ml、10mol/L的HNO3,於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於100°C烘箱中烘24小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和蔗糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於130°C的烘箱中保溫48小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於900°C，隊氛圍中灼燒6小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物
9模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於80°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在4. 5nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為559m2/g。實施例8:以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石5. 00g、量取葡萄糖5. 00g。2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在300°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入50ml、2mol/L的HNO3和50ml、2mol/L的HCl，於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和葡萄糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在4. 6nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為563m2/g。實施例9:以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石5. 00g、量取葡萄糖15. OOgo2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在300°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入50ml、2mol/L的HNO3和50ml、2mol/L的H2SO4,於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和葡萄糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌15小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在5. 2nm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為571m2/g。實施例10 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石25. 00g、量取葡萄糖5. OOgo2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在300°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入50ml、2mol/L的H2SO4和50ml、2mol/L的HCl，於60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和葡萄糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌M小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在6. Inm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為584m2/g。實施例11 以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，它包括以下步驟1)然埃洛石粉體(簡稱埃洛石)的製備，同實施例1 ；稱取埃洛石15. 00g、量取蔗糖5. OOgo2)先將稱好的埃洛石置於坩堝中在300°C的溫度下保溫3小時，冷卻至室溫，然後加入 25ml、2mol/L 的 HNO3 和 25ml、2mol/L 的 HCl 以及 50ml、2mol/L 的 H2SO4,於 60°C下機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85°C烘箱中烘M小時，得到活化、改性好的埃洛石。3)再將改性好的埃洛石和蔗糖混合均勻後移入高壓反應釜中，並將高壓反應釜置於180°C的烘箱中保溫M小時製得前驅體。4)將前驅體置於瓷舟中，然後將瓷舟放入管式高溫爐內，於800°C，隊氛圍中灼燒 4小時，灼燒結束後，待樣品隨爐冷卻至室溫，然後取出樣品用HF洗滌M小時除去礦物模板，最後用去離子水將樣品洗滌至中性、過濾，於100°C烘乾處理M小時，得到介孔炭材料 (最終產品)。按與實施例1相同的方法對產品進行XRD以及BET分析，證實該產品為具有較大比表面積的介孔炭材料，孔徑分布較窄，在7. Snm左右。從所製得的介孔炭材料的N2等溫吸附圖和孔徑分布圖，可以看出以天然埃洛石為模板用水熱法已經成功地合成出了介孔炭材料。該介孔炭材料的比表面積為591m2/g。
權利要求
1.以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於它包括以下步驟1)按天然埃洛石粉體與碳源的質量比為1 1 5，選取天然埃洛石粉體和碳源，備用；所述的天然埃洛石粉體為管狀結構的埃洛石，純度> 95wt% ；2)按天然埃洛石粉體與酸的配比為5g IOOmL,選取酸；先將天然埃洛石粉體在溫度為300°C 900°C下保溫3小時，然後加入酸，機械攪拌2小時後過濾、洗滌至中性，於85 100°C烘箱中烘M 36小時，得到活化、改性好的埃洛石；3)將活化、改性好的埃洛石和碳源混合均勻，得到埃洛石/炭複合物；將埃洛石/炭複合物置於高壓反應釜內，高壓反應釜置於烘箱箱中，於130°C -180°C溫度下保溫^1-4 小時，得到前驅體；4)將前驅體於500°C 900°C，N2保護的氛圍下進行灼燒3 6小時，灼燒結束後將產物隨爐冷卻至室溫，用HF洗滌15 M小時除去產物中模板，再用去離子水洗滌至中性，過濾、烘乾，得到介孔炭材料。
2.根據權利要求1所述的以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於 步驟1)所述天然埃洛石粉體的製備，它包括如下步驟1)將埃洛石的質量百分含量在30-50%的天然埃洛石原礦和水配成濃度為10-20wt% 的懸浮液；2)按六偏磷酸鈉的加入量為天然埃洛石原礦質量的0.2-0. 5%，向懸浮液中加入六偏磷酸鈉，機械攪拌2-4h，得到漿體；3)將攪拌後的漿體放入離心機中離心分離，轉速1500-2000r/min，離心分離時間為 5-10min ；離心後，將下層沉澱除去，取上層懸浮液，再次離心，轉速3000-3800r/min，時間為5-lOmin，得到第二次離心的沉澱物；4)取第二次離心的沉澱物，80-100°C烘乾，得到烘乾後的產物，備用；5)取烘乾後的產物，按照天然埃洛石原礦鹽酸的質量比=1 30-1 70的比例，向烘乾後的產物中加入濃鹽酸，在70-80°C下水浴攪拌I-IOh ；將攪拌後的漿體抽濾，取固體水洗至中性，80-100°C烘乾，得到管狀結構、純度彡95wt%的天然埃洛石粉體。
3.根據權利要求1或2所述的以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於所述天然埃洛石粉體的化學成份及質量百分含量為=SiO2 = 45. 04%,Al2O3 = 38. 31%, TFe2O3 = 0. 16 %, MgO = 0. 05%, CaO = 0. 05%, Na2O = 0. 05%, K2O = 0. 03%, TiO2 = 0. 04%, P2O5 = 0. 02%, MnO5 = 0. 002%, H2O- = 2. 27%，燒失量=17. 94% ；天然埃洛石粉體的平均粒徑為5. 226um。
4.根據權利要求1所述的以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於 碳源為糠醇或蔗糖或葡萄糖。
5.根據權利要求1所述的以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於酸為HC1、HN03、H2SO4中的任一種或幾種按任意摩爾比混合的溶液；酸的摩爾濃度為 0. 5mol/L 10mol/L。
6.根據權利要求1所述的以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於 步驟4)中的烘乾溫度為80°C -100°C，時間為12 M小時。
全文摘要
本發明涉及一種以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法。以天然埃洛石為模板製備介孔炭材料的方法，其特徵在於它包括以下步驟1)按天然埃洛石粉體與碳源的質量比為1∶1～5，選取天然埃洛石粉體和碳源，所述的天然埃洛石粉體為管狀結構的埃洛石，純度≥95wt％；2)先將天然埃洛石粉體在溫度為300℃～900℃下保溫3小時，然後加入酸，攪拌、過濾、洗滌至中性，烘乾；3)將活化、改性好的埃洛石和碳源混合均勻，於130℃-180℃溫度下保溫6h-48h小時，得到前驅體；4)將前驅體於500℃～900℃，N2保護的氛圍下進行灼燒3～6小時，灼燒結束後將產物隨爐冷卻至室溫，用HF洗滌除去產物中模板，再用去離子水洗滌至中性，過濾、烘乾，得到介孔炭材料。該方法製備的介孔炭材料具有較高的比表面積，其製備工藝簡單。
文檔編號C01B31/02GK102303861SQ201110205489
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者嚴春傑, 仇秀梅, 劉蓉, 周春宇, 周森, 夏雲山, 孫露, 梁玉軍, 王洪權, 肖國琪, 舒國晶, 袁六四, 許修書 申請人:中國地質大學(武漢), 雲南天鴻高嶺礦業有限公司