一种氧化硅和碳复合材料及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化硅和碳复合材料及其合成方法，所述复合材料以碳为核层，以氧化硅为壳层。所述的合成方法先将碳与醇溶剂混合处理，然后加入缓冲液和硅源进行搅拌、静置、洗涤和干燥，最后经焙烧得到氧化硅/碳复合材料。本发明专利技术提供的氧化硅/碳复合材料具有核壳结构，且壳层包覆稳定不易脱落，合成方法简单易行。

A silicon oxide and carbon composite material and its synthesis method

【技术实现步骤摘要】
一种氧化硅和碳复合材料及其合成方法
本专利技术属于多孔无机材料合成领域，具体地说是一种含氧化硅复合材料及其合成方法。
技术介绍
具有核壳结构的材料是一种重要的新型材料，它的典型特征就是以某一材料作为核心相，在核心相的外表面生长一层同种类或异种类的材料形成壳层，形成类似蛋壳形式的复合结构。由于核壳材料具有独特的结构，因而具备了单一结构材料所没有的优势，在化工、环保、光学领域都具有良好的应用前景。但又因其结构独特复杂，所以合成难度远超普通材料，主要是其结构难于控制，对其结构控制及功能化仍然需要进一步研究。碳材料是一种普遍使用的材料，自从C60、碳纳米管以及石墨烯等发现以来，由于它们具有高的比表面积、低密度、高强度以及优越的热和化学稳定性等显著的物理、化学性能，碳纳米结构材料受到了广泛的关注。目前已经开发出各种类型的功能性碳材料，广泛地应用于吸附、催化、电化学等领域。“尺寸可控空心碳球的水热合成”（稀有金属材料与工程，2011年，40卷）制备了一系列粒径可调节的空心碳球，具有良好的应用前景。CN103007847A公开了一种基于磁性纳米固定化漆酶和离子液体复合微粒及其制备方法以及在去除水体中污染物中的应用。首先制备磁性γ-Fe2O3纳米颗粒；然后以该纳米磁性粒子为核相，正硅酸乙酯和硅烷偶联剂为硅源，利用溶胶-凝胶法制得表面氨基功能化的纳米核壳式磁性二氧化硅；接着经过一系列功能化操作制备出磁性纳米固定化漆酶和离子液体复合微粒，可将其应用于去除水体中污染物的处理。CN105036070A公开了一种金纳米棒-二氧化硅核壳结构纳米材料、制备方法及用途，其制备方法是先制备手性金纳米棒肩并肩组装体，以此为材料为核心；再将手性金纳米棒肩并肩组装体在醇水体系中包覆二氧化硅壳层，制备出壳层结构的功能材料。CN102160985A公开了具有核壳结构及表面各向异性双功能团的磁性二氧化硅微球及其制备方法，其制备方法是先用溶剂热法制备超顺磁性微球作为氧化铁核心；然后利用溶胶-凝胶法在氧化铁上包裹一层二氧化硅，得到了核壳结构的材料；接着对此材料进行功能化处理，最终得到具有高磁响应性和表面双功能基团的磁性二氧化硅核壳材料。CN101885493A公开了ZSM-5/β核壳型分子筛的合成方法，其制备过程是先对核相ZSM-5分子筛进行处理，使其表面吸附β纳米晶体；然后添加其他原料，经过水热晶化反应得到ZSM-5/β核壳型沸石分子筛。CN106475134A公开了一种水滑石为壳/分子筛为核的核壳催化剂及其制备和应用，其制备过程是先将氢型分子筛与去离子水混合，超声处理制成A溶液；在将硝酸盐、铵盐和去离子水混合制成B溶液；然后将A溶液与B溶液混合，滴加氨水，制成C溶液；接着C溶液高温搅拌处理，最终得到以分子筛为核且花瓣状水滑石为壳的核壳结构形貌的分子筛。可用于间二硝基苯加氢合成间苯二胺的催化反应。综上所述，现有技术中已经公开了一些核壳结构材料及其制备方法，但是目前公开的制备方法得到的材料还存在一些缺陷，而且制备方法比较复杂成本较高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种氧化硅/碳复合材料及其合成方法。本专利技术提供的氧化硅/碳复合材料具有核壳结构，且壳层包覆稳定不易脱落，合成方法简单易行。本专利技术第一方面提供一种氧化硅/碳复合材料，所述复合材料以碳为核层，以氧化硅为壳层，其中，核层直径为1～5μm；壳层厚度为10～200nm；比表面积为500～900m2/g。本专利技术第二方面提供一种氧化硅/碳复合材料的合成方法，所述合成方法包括如下内容：（1）将碳与小分子醇溶剂混合，混合均匀后加入pH缓冲液；（2）在搅拌条件下，向步骤（1）得到的物料中加入硅源，混合均匀后静置处理；（3）步骤（2）得到的物料经洗涤、干燥和热处理后得到氧化硅/碳复合材料。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，所述的碳为普通碳，碳的粒度范围为1～5μm；碳在使用前须经净化处理，应除去沸石中吸附的杂质，所述净化处理采用本领域现有的净化手段即可，如用水洗或溶剂洗涤，净化手段的选择对于本领域技术人员来说是公知的。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，所述碳优选采用如下方法进行制备：先将碳源、甲醛和水混合，混合均匀后送入反应釜中进行处理，然后经分离、洗涤、干燥和焙烧后得到碳。上述方法中，所述碳源为葡萄糖和/或蔗糖。上述方法中，碳源、甲醛、水的质量比为1：0.2～1.5：8～50，优选1：0.3～1.3：10～40。上述方法中，所述处理温度为100～180℃，优选为110～170℃；处理时间为4～20h，优选5～18h。上述方法中，所述的分离和洗涤均为本领域技术人员熟知的常规操作。如分离可以采取过滤的方法，洗涤一般是指用去离子水洗涤。通常包括多次分离和洗涤操作，一般为1～6次。干燥条件一般是在100～140℃条件下干燥5～15h。上述方法中，所述的焙烧在氮气气氛下进行，所述焙烧温度为700～1100℃，优选为800～1000℃；焙烧时间为3～9h，优选4～8h。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（1）中所述的小分子醇溶剂是碳原子数为C2-C4的醇，具体可以是乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇中的一种或几种。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（1）中所述小分子醇溶剂与碳的质量比为5～40：1，优选10～30：1。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（1）中所述混合处理可以采用任何可以实现充分混合的手段，如采用搅拌、超声波处理中的一种或几种，优选采用搅拌和超声波处理组合方式，更优选采用先搅拌然后在超声波混合的方法，超声波的频率为15KHz-10MHz，功率按溶液体积计为20～100W/L。搅拌时间为0.1～2h，优选0.2～1.8h；超声时间为1～6h，优选2～5h。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（1）中所述pH缓冲液的pH值为4～6，优选为4.5～5.8。所述pH缓冲液可以是磷酸二氢钠-柠檬酸pH缓冲液，醋酸钠pH缓冲液，苯二甲酸氢钾-氢氧化钠pH缓冲液中的一种或多种，优选为磷酸二氢钠-柠檬酸pH缓冲液。所述pH缓冲液的配制方法对于本领域技术人员来说是熟知的，可以采用现有公开的方法进行配置。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（1）中所述的pH缓冲液和碳的质量比为8～40：1，优选11～31：1。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（1）中还可以添加助剂，助剂包括吐温-20，吐温-60，吐温-80中的一种或几种；所述助剂和小分子醇类的质量比为1：5～40，优选1：10～30。本专利技术所述氧化硅/碳复合材料的合成方法中，步骤（2）中所述的硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的一种或几种，优选为正硅酸乙酯。本专利技术合成方法中，步骤（2）中所述硅源与步骤（1）中的碳的质量比为0.2～1.5：1，优选0.25～1.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化硅/碳复合材料，所述复合材料以碳为核层，以氧化硅为壳层。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化硅/碳复合材料，所述复合材料以碳为核层，以氧化硅为壳层。


2.按照权利要求1所述的氧化硅/碳复合材料，其特征在于：所述复合材料中，核层直径为1～5μm；壳层厚度为10～200nm。


3.按照权利要求1所述的氧化硅/碳复合材料，其特征在于：所述复合材料比表面积为500～900m2/g。


4.一种氧化硅/碳复合材料的合成方法，所述合成方法包括如下内容：
（1）将碳与小分子醇溶剂混合，混合均匀后加入pH缓冲液；
（2）在搅拌条件下，向步骤（1）得到的物料中加入硅源，混合均匀后静置处理；
（3）步骤（2）得到的物料经洗涤、干燥和热处理后得到氧化硅/碳复合材料。


5.按照权利要求4所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：所述的碳的粒度范围为1～5μm。


6.按照权利要求5所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：所述碳采用如下方法进行制备：将碳源、甲醛和水混合，混合均匀后送入反应釜中进行处理，然后经分离、洗涤、干燥和焙烧处理后得到碳。


7.按照权利要求6所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：所述的碳源为葡萄糖或蔗糖。


8.按照权利要求6所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：碳源、甲醛、水的质量比为1：0.2～1.5：8～50，优选1：0.3～1.3：10～40。


9.按照权利要求6所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：所述处理温度为100～180℃，优选为110～170℃；处理时间为4～20h，优选5～18h。


10.按照权利要求6所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：所述焙烧在氮气气氛下进行，焙烧温度为700～1100℃，优选为800～1000℃；焙烧时间为3～9h，优选4～8h。


11.按照权利要求4所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：步骤（1）中所述的小分子醇溶剂是碳原子数为C2-C4的醇。


12.按照权利要求4或11所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：步骤（1）中所述的小分子醇溶剂是乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇中的一种或几种。


13.按照权利要求4所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：步骤（1）中所述小分子醇溶剂与碳的质量比为5～40：1，优选10～30：1。


14.按照权利要求4所述氧化硅/碳复合材料的合成方法，其特征在于：步骤（1）中所述混合处理采用搅拌、超声波处理中的一种或几种，优选采用搅拌和超声波处理组合方式，更优选采用先搅拌然后在超声波混合的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：范峰，凌凤香，张会成，王少军，杨春雁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11