一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法包括以下步骤：(1)先将生物质原料与氧化铝颗粒进行配比混合并熔融，炭化后得到分散有氧化铝的炭化固体；(2)再将炭化固体在保护性气氛下温度升至1600‑1800℃处理20‑24h，冷却至室温后用稀酸溶液将其浸泡40‑60min，洗净并烘干后得到短程有序且多孔的石墨化固体；(3)将石墨化固体浸泡在酚醛树脂和金属盐的混合熔融液中，取出并炭化得到所述多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料。本发明专利技术的制备工艺简单省时，材料经济，制备的多孔炭负载纳米金属材料的比表面积均在700m

【技术实现步骤摘要】
一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体为一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法。
技术介绍
纳米材料具有表面效应、体积效应、尺寸效应和隧道效应等，因此在众多的领域都有广阔的应用前景。但是纳米粒子由于其尺寸过小导致其具备过高的表面能，极易发生团聚，因此通常需要将纳米材料负载在多孔结构上避免其团聚。其中最为典型的多孔炭材料具有较高的孔隙率，因此是负载纳米材料的良载体。例如CN201410048253.6公开的一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法可以通过高温将糖类和金属盐混合熔融液直接炭化得到，工艺简单，但是多孔炭材料由于其无定型分布的疏松结构导致其力学性能较差，在需要受到一定机械力的环境下极易受到破坏而丧失其原有的性能，同时直接炭化得到的多孔炭材料中孔隙的产生具有随机性，因此孔径分布较宽，难以控制。因此制备一种孔径可控、力学性能优异的多孔炭负载纳米粒子的材料是当下的急切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法包括以下步骤：(1)将生物质原料和氧化铝颗粒按照质量比(0.5-9)：1进行配比并混合，随后对混合物温度升至160-200℃，并在该温度下搅拌20-30min使生物质原料完全融化，再将熔融物置于保护性气氛中200-230℃热处理24-36h，冷却至室温得到分散有氧化铝颗粒的炭化固体；由于氧化铝颗粒具有较高的熔点和硬度，在搅拌后可以均匀分散在熔融的生物质原料中并占据一定的空间，为后续的酸溶液将其刻蚀形成多孔结构提供了基础。(2)将所述炭化固体在保护性气氛下温度升至1600-1800℃处理20-24h，冷却至室温后用稀酸溶液将其浸泡40-60min，洗净并烘干后得到短程有序且多孔的石墨化固体；生物质原料在炭化后会形成呈无序分布的无定形炭，而无定形炭在超过1500℃的条件下碳原子之间容易重新连接成大量六元环组成的平面结构，即石墨化。该炭化固体在硬质颗粒氧化铝的支撑作用下进行高温处理能够有效避免碳骨架的坍塌，形成多孔结构；同时在1600-1800℃温度下处理20-24h可以形成短程有序的石墨化网络，可以大幅提升碳原子骨架的强韧性，增强其力学性能；但是过高的温度一方面会使氧化铝颗粒融化，另一方面炭化固体会形成长程有序的石墨化结构，都会导致其孔隙率大幅降低，因此应当控制石墨化温度在优选值范围内。由于石墨化固体中的碳原子具有稳定的二维平面结构，不易发生氧化还原反应，因此本专利技术中的氧化铝颗粒另一作用为除杂，可以与剩余未石墨化的无定形炭反应生成碳化铝，而氧化铝和碳化铝都会被后续的稀酸溶液刻蚀而去除，从而有效提升石墨化固体的比表面积。(3)将酚醛树脂与金属盐按照质量比(5-40)：1混合并于180-200℃下搅拌20-40min熔融，将所述短程有序且多孔的石墨化固体浸入到熔融液体中10-20min，取出后于保护性气氛中900-1000℃处理8-24h得到多孔炭负载纳米金属氧化物材料；将所述多孔炭负载纳米金属氧化物材料置于还原性气氛中600-850℃反应3-8h得到多孔炭负载纳米金属材料。酚醛树脂在炭化后一方面可以负载生成的纳米金属/金属氧化物，一方面与石墨化固体中的碳原子连接，从而形成稳定的复合结构，即多孔炭负载纳米金属/金属氧化物材料。进一步的，所述生物质原料可以是纤维素、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、丙烯酸树脂、甘油三酸脂、乙酸乙酯其中一种或几种。进一步的，所述氧化铝颗粒的粒径为0.5-5μm。由于石墨化固体的孔隙是由刻蚀氧化铝颗粒而来，因此氧化铝颗粒的粒径会与最终多孔炭负载纳米金属/金属氧化物材料的孔径间接相关，可以通过调节掺入氧化铝颗粒的粒径来调节终产物的孔径。进一步的，所述保护性气氛是稀有气体其中一种或几种。进一步的，所述稀酸溶液是稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸其中一种，浓度为0.1-3wt％。进一步的，所述金属盐含有铝、铁、铜、锌、镍、银、金、钒、铬、锰元素其中一种。进一步的，所述还原性气氛是氢气、一氧化碳或其两者混合物。进一步的，所述清洗的液体为30-80wt％的乙醇水溶液。进一步的，所述烘干的温度为90-120℃，时间为30-60min。进一步的，以上所述搅拌的速度均为200-1200r/min。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：(1)本专利技术将生物质原料与氧化铝颗粒进行混合，在氧化铝的支撑作用下形成多孔的石墨化网络结构，大幅提升了其力学性能，解决了现有技术中多孔炭载体的强韧性差的问题；同时氧化铝颗粒可以将石墨化固体中剩余的无定形炭除杂，从而提升了多孔炭负载纳米金属/金属氧化物材料的比表面积。(2)本专利技术中多孔炭负载纳米金属/金属氧化物材料的孔径与刻蚀前氧化铝颗粒的粒径相差不大，差值与石墨化固体在酚醛树脂和金属盐混合熔融液中的浸泡时间呈近似线性关系，可以根据实际需要通过调节掺入氧化铝颗粒的粒径和浸泡时间来大范围调节多孔炭负载纳米金属/金属氧化物材料的孔径，实现多孔炭载体的孔径可控化。(3)本专利技术所使用的氧化铝、金属盐、酚醛树脂等材料来源广泛、经济实惠，制备工艺简单省时，具有广阔的应用前景。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一本专利技术提供一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法包括以下步骤：(1)将生物质原料和氧化铝颗粒按照质量比0.5：1进行配比并混合，随后对混合物温度升至160℃，并在该温度下搅拌20min使生物质原料完全融化，再将熔融物置于保护性气氛中200℃热处理24h，冷却至室温得到分散有氧化铝颗粒的炭化固体；(2)将所述炭化固体在保护性气氛下温度升至1600℃处理20h，冷却至室温后用稀酸溶液将其浸泡40min，洗净并烘干后得到短程有序且多孔的石墨化固体；(3)将酚醛树脂与金属盐按照质量比5：1混合并于180℃下搅拌20min熔融，将所述短程有序且多孔的石墨化固体浸入到熔融液体中10min，取出后于保护性气氛中900℃处理8h得到多孔炭负载纳米金属氧化物材料；将所述多孔炭负载纳米金属氧化物材料置于还原性气氛中600℃反应3h得到多孔炭负载纳米金属材料。其中所述生物质原料是纤维素；所述氧化铝颗粒的粒径为0.5μm；所述保护性气氛是氦气；所述稀酸溶液是稀硫酸，浓度为0.1wt％；所述金属盐为铝盐；所述还原性气氛是氢气；所述清洗的液体为30wt％的乙醇水溶液；所述烘干的温度为90℃，时间为30min；以上所述搅拌的速度均为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)将生物质原料和氧化铝颗粒按照质量比(6-9)：1进行配比并混合，随后对混合物温度升至160-200℃，并在该温度下搅拌20-30min使生物质原料完全融化，再将熔融物置于保护性气氛中200-230℃热处理24-36h，冷却至室温得到分散有氧化铝颗粒的炭化固体；/n(2)将所述炭化固体在保护性气氛下温度升至1600-1800℃处理20-24h，冷却至室温后用稀酸溶液将其浸泡40-60min，洗净并烘干后得到短程有序且多孔的石墨化固体；/n(3)将酚醛树脂与金属盐按照质量比(5-40)：1混合并于180-200℃下搅拌20-40min熔融，将所述短程有序且多孔的石墨化固体浸入到熔融液体中10-20min，取出后于保护性气氛中900-1000℃处理8-24h得到多孔炭负载纳米金属氧化物材料；将所述多孔炭负载纳米金属氧化物材料置于还原性气氛中600-850℃反应3-8h得到多孔炭负载纳米金属材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将生物质原料和氧化铝颗粒按照质量比(6-9)：1进行配比并混合，随后对混合物温度升至160-200℃，并在该温度下搅拌20-30min使生物质原料完全融化，再将熔融物置于保护性气氛中200-230℃热处理24-36h，冷却至室温得到分散有氧化铝颗粒的炭化固体；
(2)将所述炭化固体在保护性气氛下温度升至1600-1800℃处理20-24h，冷却至室温后用稀酸溶液将其浸泡40-60min，洗净并烘干后得到短程有序且多孔的石墨化固体；
(3)将酚醛树脂与金属盐按照质量比(5-40)：1混合并于180-200℃下搅拌20-40min熔融，将所述短程有序且多孔的石墨化固体浸入到熔融液体中10-20min，取出后于保护性气氛中900-1000℃处理8-24h得到多孔炭负载纳米金属氧化物材料；将所述多孔炭负载纳米金属氧化物材料置于还原性气氛中600-850℃反应3-8h得到多孔炭负载纳米金属材料。


2.根据权利要求1所述的一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的方法，其特征在于：所述生物质原料可以是纤维素、淀粉、麦芽糖、葡萄糖、丙烯酸树脂、甘油三酸脂、乙酸乙酯其中一种或几种。


3.根据权利要求1所述的一种多孔炭负载纳米金属氧化物或纳米金属材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李潮云，
申请(专利权)人：李潮云，
类型：发明
国别省市：江苏;32