本发明专利技术属于介孔材料制备技术，一种附着在多孔块状基体上的整体式介孔碳材料的制备方法。现有技术介孔碳材料的制备缺点是：获得的粉末状产品的回收率不佳；在溶剂挥发和热聚过程中，空间的利用率低；等等。本发明专利技术步骤为：将非离子表面活性剂在溶剂中进行溶解；将高分子前躯体与所得非表面活性剂溶液混合；将混合液体涂覆到块状基体上，室温下进行溶剂挥发诱导自组装，高分子聚合物在表面活性剂周围交联聚合，经过低温热聚和高温去除表面活性剂及炭化，得到整体式介孔聚合物和碳材料。本发明专利技术具有成本低廉、操作简单的特点；制备的材料具有高比表面积，大孔容和均一的介孔孔径；且使用方便、易于回收、稳定性好、重复使用性好等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于介孔材料制备技术，具体地说是一种附着在多孔块状基体上的整体式 有序介孔材料的制备方法。
技术介绍
1992年，Mobil公司的科学家利用阳离子表面活性剂与无机硅物种在碱性条件下 组装得到了 M41S(MCM-41、MCM-48、MCM-50)系列介孔氧化硅分子筛。这些介孔分子筛具有 大的比表面积、二维/三维有序排列、尺寸均一可调的孔道，从而将分子筛的规则孔径从微 孔范围扩展到介孔领域。有序介孔材料合成中，一般使用水溶性表面活性剂，常用的表面活 性剂可分为阳离子、阴离子和非离子表面活性剂。通过表面活性剂的自组装技术可以合成 一系列结构、形貌和组成可控的介孔分子筛，例如介孔金属氧化物、聚合物、碳等。由于介孔 分子筛具有较大的比表面积，因而具有很强的吸附与催化能力。科学家们发现介孔碳作为 吸附剂和催化剂载体在废水处理和工业催化方面有重要的应用前途。但是，目前合成的大 部分介孔碳材料是粉体状，其缺点是难于回收，重复利用率低，损失的碳粉末对环境及生物 体均会产生不良影响。有机溶剂挥发诱导自组装的过程(EISA)是合成有序介孔聚合物、碳材料的重要 方法。这一过程发生在气_液或固_液界面上，通过溶剂挥发，诱导表面活性剂自组装，从 而产生有序介观结构。现有技术存在较多的缺点例如需要从基底上刮取收集碳粉前驱物， 然后进行后续处理；在溶剂挥发和热聚过程中，空间的利用率低；获得的粉末状产品的回 收率不佳等等。这些缺点限制了介孔聚合物、碳材料和复合材料的大量工业化生产及其广 泛应用。本专利技术首次将介孔材料的制备与块状基体结合起来，将介孔材料的前驱液附着到 块状多孔的堇青石载体上，焙烧后得到的介孔材料具有有序的介观结构，高的比表面积，大 孔容和介孔孔道。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种成本低廉、操作简单、产品易回收、重复利用性好、稳定 性高、便于规模化生产的，以粗糙表面的块状物质为基体，制备整体式介孔材料的方法。本专利技术目的是这样实现的—种附着在多孔块状基体上的整体式介孔材料制备方法，步骤如下(1)将表面活性剂加入溶剂中，搅拌10-100分钟；(2)向步骤(1)产物加入高分子前躯体，搅拌10分钟-10小时，得反应溶胶；(3)将步骤(2)所得反应溶胶附着在块状基体上，待溶剂挥发后，得到基底/表面 活性剂/高分子前驱体的复合体；(4)将步骤(3)所得基底/表面活性剂/高分子前驱体的复合体放入空气或惰性 气氛中热聚，使高分子聚合，得到基底/表面活性剂/聚合高分子复合体；(5)将步骤(4)所得复合体放入惰性气体中焙烧，去除表面活性剂，得整体式有序 介孔材料。上述附着在多孔块状基体上的整体式介孔材料制备方法表面活性剂为嵌段共聚物或者混合嵌段共聚物聚氧乙烯PEO-聚氧丙烯PPO-聚 氧乙烯 PEO 三嵌段共聚物 ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0 ；或 EOici6PO7ciEOici6、EO20PO70EO20, EO17PO85EO17, EO5PO70EO5λ EO26PO39EO26 Λ E020P030E020、EO100PO39EO100、E0123P047E0123、EO132PO50EO132、EO39BO47EO39Λ Ε015Β045Ε015、Ε013Β0ηΕ013、Ε034Β0ηΕ034 ；PEO125-PS230, PEO125-PMMA144 中的一种；或烷基链段的环 氧乙烯醚型表面活性剂 。12仏5￡04、C12H25EO23^ C16H33EO10λ C16H33EO20^ C18H37EO10Λ C18H35EO10 中的一 种；表面活性剂浓度为-30% ；高分子前躯体是由苯酚、糠醇、间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚中的一种或几种与 甲醛形成的酚醛类高分子前躯体或糠醛类高分子前躯体；高分子前驱体与表面活性剂的质 量比为1-5。高分子前驱体有机溶液质量浓度为10-60%。溶剂为水、醇类、苯、四氢呋喃、乙醚、乙腈、甲苯、氯仿或者二氯甲烷中的一种或几 种；块状基体为各类条状、片状、蜂窝状、絮状、多孔或无孔、各种空隙率、密度、伸缩 率、表面平整或弯曲、光滑或粗糙的基体。挥发溶剂的方法是在10-90°C空气中放置挥发；或者真空、强制通风、鼓风、惰性 气体保护、湿度恒定中一个或多个条件下挥发，挥发时间为1-96小时；反应溶胶附着在块状基体上的方法为浸渍、涂覆、喷涂、刷涂中的一种或几种的结 合；惰性气体为氮气、氩气中的一种或者两种混合气体、或者真空中进行；焙烧温度 201-1500°C ；焙烧时间1-96小时；升温速率为1-20°C /分钟。本专利技术制备整体式介孔材料的方法，是以非离子表面活性剂为结构导向剂，以高 分子前躯体为碳源，以多孔块状堇青石为基体，制备得到具有有序介孔结构，高比表面积， 均一孔径的整体式介孔材料。本专利技术方法首先将非离子表面活性剂溶解于溶剂中，搅拌下加入高分子前躯体， 得到反应溶胶。然后将该反应溶胶附着于块状基体上，于10-50°C放置，使溶剂完全挥发。再 经过热聚处理，得到高分子材料。除去表面活性剂后得到块体高分子材料。在600-1500°C 的惰性气氛中碳化后制得整体式介孔碳材料。本专利技术使用的非离子表面活性剂可以为嵌段共聚物或者混合嵌段共 聚物。如聚氧乙烯(PEO)-聚氧丙烯(PPO)-聚氧乙烯(PEO)三嵌段共聚物 (ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0)商业化的 F127 (EOici6PO7ciEOltl6)、P123 (EO2ciPO7ciEO2tl)、P103 (EO17PO85EO17)、 L121 (EO5PO70EO5)、P85 (EO26PO39EO26)、P65 (EO20PO30EO20)、F88 (EO100PO39EO100)、 F98 (EO123PO47EO123)、F108 (EO132PO50EO132)、B50-6600 (EO39BO47EO39)、B70-4600 (EO15BO45EO15)、 B40-1900 (EO13BO11EO13)、B20-3800 (EO34BO11EO34)等；也可以是两嵌段共聚物，如 PEO125-PS230, PEO125-PMMA144等；还可以是具有烷基链段的环氧乙烯醚型表面活性剂，如 商品化的 Brij30 (C12H25EO4)、Bri j35 (C12H25EO23)、Bri j56 (C16H33EO10)、Bri j58 (C16H33EO20)、 Brij76 (C18H37EO10)、Bri j97 (C18H35EO10)等。本专利技术所使用的非离子表面活性剂可以是上述表面活性剂之中的一种或几种混合，并以此为结构导向剂。所用的溶剂可以是水、甲醇、丙醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、异丙醇、 四氢呋喃、乙腈、乙醚、氯仿、苯、或者甲苯等有机溶剂，或者其中几种的混合溶液。所用的高 分子前躯体可以是分子量为200-5000的由苯酚、糠醇、间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚中的 一种或几种与甲醛形成的酚醛类高分子前躯体或糠醛类高分子前躯体。本专利技术中所用高分子前驱体与表面活性剂的质量比为0.25-20。反应温度为 10-500C ；反应时间为10分钟-10小时。所用的高分子前驱体有机溶液质量浓度为10-60%。本专利技术中的表面活性剂有机溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种附着在多孔块状基体上的整体式介孔材料制备方法，步骤如下：（１）将表面活性剂加入溶剂中，搅拌１０－１００分钟；（２）向步骤（１）产物加入高分子前躯体，搅拌１０分钟－１０小时，得反应溶胶；（３）将步骤（２）所得反应溶胶附着在块状基体上，待溶剂挥发后，得到基底／表面活性剂／高分子前驱体的复合体；（４）将步骤（３）所得基底／表面活性剂／高分子前驱体的复合体放入空气或惰性气氛中热聚，使高分子聚合，得到基底／表面活性剂／聚合高分子复合体；（５）将步骤（４）所得复合体放入惰性气体中焙烧，去除表面活性剂，得整体式介孔材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万颖，崔祥婷，闻振涛，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：31
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