一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法技术

本发明专利技术公开了一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法，所述含氮碳气凝胶按如下方法进行制备：将甲醛、氯化锌、氮源和苯酚形成的混合物，水热反应一段时间后，冷却至室温，将所得的水热产物进行干燥；随后而惰性气体气氛中高温下保温一段时间，反应结束后，冷却至室温，将所得的的产物浸泡于盐酸溶液而后用去离子水抽滤洗涤干燥，即可获得含氮碳气凝胶。本发明专利技术制备的含氮碳气凝胶具有分级多孔结构，比表面积较大最高可达1201.1m

【技术实现步骤摘要】
一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法(一)
本专利技术涉及一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法。(二)
技术介绍
近些年来，碳气凝胶由于其比表面积高，三维孔道丰富等优点得到了广泛的关注。碳气凝胶具有高导电性、较大的比表面积和广泛的孔隙分布，这些特点让碳气凝胶成为各领域热门应用材料例如传感与检测领域、储能领域。而且碳气凝胶容易被功能化改性，这使得它的应用变得更为丰富，在海水淡化、吸附废油等方面也出现了它的身影。为了改善碳气凝胶表面的疏水状态，通常采用引入杂原子的方法，例如将氮、硼、硫元素引入碳晶格，其中，氮元素的周期表位置与碳相邻，能有效掺入碳骨架中。文献中碳气凝胶在掺氮后，还需活化等步骤，制备过程繁琐，流程周期长。另一方面，文献中报道碳气凝胶的制备方法包含溶胶凝胶法，该方法聚合、老化时间较长，而且一般采用超临界二氧化碳干燥，该方法较危险，且成本较高，不适用于工业化生产。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种过程简单、环保、成本低廉，适用于工业化生产的含氮碳气凝胶制备方法。本专利技术采用的技术方案是：一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法，所述方法包括：(1)在冰水浴条件下往甲醛中加入氮源、无机盐和苯酚，然后在100～180℃下进行水热反应5～15h，自然冷却至室温；所述甲醛：氮源：无机盐：苯酚用量之比为1～5mL：0.1～2.0g：1～8g：0.5～2.0g；(2)步骤(1)水热产物进行干燥后，在600～1000℃下、惰性气体中保温1～5h，冷却至室温；(3)步骤(2)所得产物浸入1～5M盐酸溶液中1～2天后，用去离子水抽滤洗涤至pH不再变化，干燥，即得所述含氮碳气凝胶。本专利技术通过在超盐环境下制备含氮碳气凝胶，机械强度较高，可在常压下直接进行干燥。并在碳化后即为含氮碳气凝胶，无需后续活化等处理，尤其适用于超级电容器、吸附等领域。步骤(1)中所述氮源为下列之一或其中两种以上的混合物：吡啶、吡咯、乙二胺、聚苯胺、间苯二胺、尿素、三聚氰胺、苯乙醇胺、聚萘二胺。优选为尿素、三聚氰胺或乙二胺。步骤(1)中所述无机盐为下列之一或其中两种以上的混合物：氯化钠、氯化锌、氯化钙、氯化镁、氯化钾。优选为氯化锌。步骤(2)中干燥温度80～150℃，时间12～36h。步骤(2)中惰性气体为氮气或氩气。本专利技术的有益效果主要体现在：(1)本专利技术提供一种可在常压下直接干燥的含氮碳气凝胶，无需长时间的聚合与老化，水热后即得含氮前驱体；(2)本专利技术提供一种可在常压下直接干燥的含氮碳气凝胶，无需超临界二氧化碳干燥等步骤，成本低廉，设备要求低；(3)制备的含氮前驱体碳化后即得含氮碳气凝胶，无需后续活化步骤，安全高效，制备周期短，步骤流程少；(4)制备的含氮碳气凝胶，拥有较大的比表面积(可达1201.1m2/g)，密度较低；(5)制备工艺较为简单，节省合成周期，易于操作，成本较低，此方法适合于工业化生产。(四)附图说明图1为实施例1～3样品XRD图谱。图2为实施例4～6样品XRD图谱。图3为实施例7～9样品XRD图谱。图4为实施例2样品的扫描电镜图。图5为实施例2样品的吸附等温线图。图6为实施例2样品的孔径分布图。图7为实施例5样品的扫描电镜图。图8为实施例5样品的吸附等温线图。图9为实施例5样品的孔径分布图。图10为实施例9样品的扫描电镜图。图11实施例9样品的吸附等温线图。图12实施例9样品的孔径分布图。图13实施例9样品在三电极超级电容器体系中恒流充放电曲线图。(五)具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：实施例1：在冰水浴中将6.5gZnCl2，0.941g苯酚和0.25g尿素加入到1.5ml甲醛中，得到白色粘性胶体，并在160℃下水热反应8小时；然后，将得到的黑色产物在135℃下干燥12小时后，在700℃的温度下，N2气氛中保温2小时，自然冷却至室温后，将制备的样品浸入1MHCl中48小时，反复用去离子水洗涤直至pH不再变化，将洗涤后的产物在80℃条件下干燥，即得最终产物。该样品的物相分析使用样品的物相分析使用X射线衍射仪(X'PertPRO)。图1中显示，两个衍射峰归属于石墨碳的(002)晶面和(100)晶面。实施例2：在冰水浴中将6.5gZnCl2，0.941g苯酚和0.25g尿素加入到1.5ml甲醛中，得到白色粘性胶体，并在160℃下水热反应8小时；然后，将得到的黑色产物在135℃下干燥12小时后，在800℃的温度下，N2气氛中保温2小时，自然冷却至室温后，将制备的样品浸入1MHCl中48小时，反复用去离子水洗涤直至pH不再变化，将洗涤后的产物在80℃条件下干燥，即得最终产物。该实施例制得的样品比表面积为828.9m2/g。该样品的物相分析使用样品的物相分析使用X射线衍射仪(X'PertPRO)。图1中显示，两个衍射峰归属于石墨碳的(002)晶面和(100)晶面。样品的形貌分析使用HitachiS-4700Ⅱ型场发射扫描电镜进行观察，如图4所示。从图中可知，样品具有多孔结构。样品的氮气吸脱附曲线氮吸附/解吸等温线测定采用MicromeriticsASAP2460仪器，如图5所示为样品的吸附等温线；如图6所示，样品的孔径分布集中在1.77nm。实施例3：在冰水浴中将6.5gZnCl2，0.941g苯酚和0.25g尿素加入到1.5ml甲醛中，得到白色粘性胶体，并在160℃下水热反应8小时；然后，将得到的黑色产物在135℃下干燥12小时后，在900℃的温度下，N2气氛中保温2小时，自然冷却至室温后，将制备的样品浸入1MHCl中48小时，反复用去离子水洗涤直至pH不再变化，将洗涤后的产物在80℃条件下干燥，即得最终产物。该样品的物相分析使用样品的物相分析使用X射线衍射仪(X'PertPRO)。图1中显示，两个衍射峰归属于石墨碳的(002)晶面和(100)晶面。实施例4：在冰水浴中将6.5gZnCl2，0.941g苯酚和0.25g三聚氰胺加入到1.5ml甲醛中，得到白色粘性胶体，并在160℃下水热反应8小时；然后，将得到的黑色产物在135℃下干燥12小时后，在700℃的温度下，N2气氛中保温2小时，自然冷却至室温后，将制备的样品浸入1MHCl中48小时，反复用去离子水洗涤直至pH不再变化，将洗涤后的产物在80℃条件下干燥，即得最终产物。该样品的物相分析使用样品的物相分析使用X射线衍射仪(X'PertPRO)。图2中显示，两个衍射峰归属于石墨碳的(002)晶面和(100)晶面。实施例5：在冰水浴中将6.5gZnCl2，0.941g苯酚和0.25g三聚氰胺加入到1.5ml甲醛中，得到白色粘性胶体，并在160℃下水热反应8小时；然后，将得到的黑色产物在135℃下干燥12小时后，在800℃的温度下，N2气氛中保温2小时，自然冷却至室温后，将制备的样品浸入1MHCl中48小时，反复用去离子水洗涤直至pH不再变化，将洗涤后的产物在80℃条件下干燥，即得最终产物。该实施例制得的样品比表面积为729.6m2/g，密度约为0.09g/cm3。该样品的物相分析使用样品的物相分析使用X射线衍射仪(X'PertPRO)。图2中显示，两个衍射峰归属于石墨碳的(002)晶面和(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法，所述方法包括：(1)在冰水浴条件下往甲醛中加入氮源、无机盐和苯酚，然后在100～180℃下进行水热反应5～15h，自然冷却至室温；所述甲醛：氮源：无机盐：苯酚用量之比为1～5mL：0.1～2.0g：1～8g：0.5～2.0g；(2)步骤(1)水热产物进行干燥后，在600～1000℃下、惰性气体中保温1～5h，冷却至室温；(3)步骤(2)所得产物浸入1～5M盐酸溶液中1～2天后，用去离子水抽滤洗涤至pH不再变化，干燥，即得所述含氮碳气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种在超盐环境下常压干燥制备含氮碳气凝胶的方法，所述方法包括：(1)在冰水浴条件下往甲醛中加入氮源、无机盐和苯酚，然后在100～180℃下进行水热反应5～15h，自然冷却至室温；所述甲醛：氮源：无机盐：苯酚用量之比为1～5mL：0.1～2.0g：1～8g：0.5～2.0g；(2)步骤(1)水热产物进行干燥后，在600～1000℃下、惰性气体中保温1～5h，冷却至室温；(3)步骤(2)所得产物浸入1～5M盐酸溶液中1～2天后，用去离子水抽滤洗涤至pH不再变化，干燥，即得所述含氮碳气凝胶。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述氮源为下...

【专利技术属性】
技术研发人员：高静，张璇，杨佳兴，金秋阳，李国华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33