粒状化碳介孔结构体的制备方法技术

本发明专利技术涉及粒状化碳介孔结构体的制备方法，其包括：使包含二氧化硅前体、碳前体、气孔形成剂的混合物进行反应来制备粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤；将复合体和有机结合剂混合在一起来制备成型前体的步骤；挤压或注塑成型前体来制备粒状化成型体的步骤；煅烧成型体的步骤；蚀刻包含在所煅烧的成型体内的二氧化硅的步骤。上述方法具有以下优点：只用一次煅烧工序，也能制备出具有与现有的粉末碳介孔结构体同等程度的孔隙率的结构体，因而既能简化合成工序，又能降低合成单价；通过上述方法制备而成的结构体以粒状的形态存在，因而不仅不会在以气相利用时发生粉尘，而且能够适用于液相。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有中间大小的气孔的碳结构体的制备方法，更详细地涉及一种以及表面改性的(Methodfor preparing granulated carbon structure with meso-porous)。
技术介绍
活性炭(activated carbon)是具有微孔的以往的碳的统称，由木料、土炭、木炭、煤炭、褐炭、椰子树果壳、石油焦等原料物质经过物理活化过程或化学活化过程制备而成。活性炭具有超群的吸附特性，因而广泛应用于在液相或气相下去除杂质以及污染物质的用途。这种活性炭分为粉末状和粒状，粉末状的活性炭具有在进行吸附操作的过程中产生粉尘或致使用于去除杂质的溶液被炭粉污染致黑的问题。为了解决这种问题开发出了粒状化的活性炭并利用至今，但粒状的活性炭也存在诸多问题，如因狭窄的气孔大小而无法吸附具有各种分子量，尤其是具有高分子量的杂质以及污染物质的问题，因孔隙体积小而导致能够吸附的污染物质的量受限的问题，再生时因所吸附的污染物质难以从狭窄的气孔排出而导致再利用受限的问题等。为了弥补这种粒状活性炭的问题，碳介孔结构体正在受到瞩目。介孔(meso porous)是指孔径大小在2至50nm的气孔，与以往的粉末状或粒状活性炭相比，这样的介孔的碳材料具有优异的效果。首先，与活性炭相比，具有介孔的碳材料由于具有比较大的气孔大小，因而能够吸附具有各种分子量的物质，并且由于具有比较大的孔隙体积，因而能够缩短到达吸附平衡的时间，由此能够实现吸附剂的小型化并实现经济性。并且，与以往的活性炭相比，吸附在介孔的物质容易吸附/脱离而能够再生以及再利用，因而能够延长吸附剂寿命并提高经济性。 尽管碳介孔材料具有如上所述的优点，但因昂贵的合成费用和大量合成的难度，至今仍没能商用化。进而，以往制备的碳介孔材料只能合成为粉末状，在用于在液相内去除杂质的方面具有局限性，在用于在气相内去除杂质的情况下，也存在产生粉尘等，现场应用时遇到的诸多难题。为了实现如上所述的碳介孔材料的商用化，切实需要开发出既能同时适用于气相以及液相，又能简化合成工序并降低单价的碳介孔材料的制备方法，但目前为止仍未提出能够解决如上所述的问题的有效方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种既能同时适用于气相以及液相，又能简化合成工序并降低合成单价的粒状化碳介孔结构体。为了实现上述目的，本专利技术的一方面提供一种，其包括如下步骤将二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂混合在一起，来制备粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤；将上述复合体和有机结合剂混合在一起，来制备成型前体的步骤；挤压或注塑上述成型前体，来制备粒状化成型体的步骤；煅烧上述成型体的步骤；以及蚀刻包含在所煅烧的上述成型体内的二氧化硅的步骤。并且，为了实现上述目的，本专利技术的再一方面提供一种，其包括如下步骤使包含二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂的混合物进行反应，来制备粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤；将上述复合体和有机结合剂混合在一起，来制备成型前体的步骤；挤压或注塑上述成型前体，来制备粒状化成型体的步骤；第一次煅烧上述成型体的步骤；蚀刻包含在所煅烧的上述成型体内的二氧化硅的步骤；以及对蚀刻了二氧化硅的上述成型体进行第二次煅烧的步骤。同时，为了实现上述目的，本专利技术的另一方面提供一种通过上述制备方法制备而成的粒状化碳介孔结构体。根据本专利技术的，只用一次煅烧工序，就能制备出具有与现有的粉末碳介孔结构体同等程度的孔隙率的结构体，因而具有既能简化合成工序，又能降低合成单价的效果。并且，通过本专利技术的上述制备方法制备而成的结构体以粒状的形态存在，因而具有不仅不会在以气相利用时发生粉尘，而且能够适用于液相的优点。但是，本专利技术的效果不局限于在上面提及的效果，本领域技术人员应该能通过以下说明明确了解未提及的 其它效果。附图说明图1是表示本专利技术一实施例的的流程图；图2是用于说明本专利技术一实施例的粒状化碳介孔结构体的制备原理的简图；图2的(a)是粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体结构的一例，图2的(b)是粒状化的成型体结构的一例，图2的(C)是所煅烧的成型体结构的一例，图2的(d)是去除模板而制备的粒状化碳介孔结构体结构的一例；图3是表示在本专利技术一实施例的粒状化碳介孔结构体的制备过程中所使用的挤压机(extruder)的照片；以及图4是表示根据本专利技术的实施例制备的粒状化碳介孔结构体的照片。图4的(a)是利用聚乙烯醇(polyvinylalcohol, PVA)作为有机结合剂来制备的粒状化碳介孔结构体，图4的(b)是利用羧甲基纤维素钠盐(carboxymethyl cellulose sodium salt,CMC)作为有机结合剂来制备的粒状化碳介孔结构体，图4的(c)是利用微晶纤维素(microcrystalline cellulose, MCe)作为有机结合剂来制备的粒状化碳介孔结构体。附图标记说明10 二氧化硅(介孔多孔性二氧化硅物质)20 碳前体30 气孔形成剂40 有机结合剂100 二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体200 粒状化的成型体300 所煅烧的成型体400 粒状化的介孔结构体具体实施例方式下面，将参照附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明。但是，本专利技术不局限于在本说明书中所要说明的实施例，而能够包含其他均等物或替代物。附图中，为了确保明确性，层以及区域的厚度有所放大。贯穿整个说明书，相同的附图标记表示相同的结构要素，在下面说明本专利技术时，如果判断为有关公知功能或结构的详细说明对本专利技术的主旨造成不必要的混淆，则省略其详细说明。本专利技术的一方面提供一种，其包括如下步骤使包含二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂的混合物进行反应，来制备粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤；将上述复合体和有机结合剂混合在一起，来制备成型前体的步骤；挤压或注塑上述成型前体，来制备粒状化成型体的步骤；煅烧上述成型体的步骤；以及蚀刻包含在所煅烧的上述成型体内的二氧化硅的步骤。图1是简化本专利技术的粒状化碳介孔结构体的制备过程的流程图，图2是用于说明本专利技术的粒状化碳介孔结构体的制备原理的简图。参照图1，本专利技术的大体分为如下步骤①制备粉末状二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤(步骤SI)，②由二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体制备粒状化的成型体的步骤(步骤S2)，以及③煅烧并去除模板的步骤(步骤S3)。以下将参照图2的(a)至图2的(d)对上述制备方法的原理进行更为详细的说明。图2的(a)是粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体结构的一例。参照图2的(a)，二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂混合在一起，而形成粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体100，首先，二氧化硅前体脱水缩合而合成为网(network)状的介孔多孔性二氧化硅物质10。流入上述介孔多孔性二氧化硅物质10的多孔的碳前体20以及气孔形成剂 30，将上述介孔多孔性二氧化硅物质10作为模板(template)来根据各物质的化学性质被分布。即，分布成上述碳前体20的亲水性部分与上述介孔多孔性二氧化硅物质10相接触、并且碳前体20的疏水性部分与上述气孔形成剂30相接触，从而形成粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒状化碳介孔结构体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：使包含二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂的混合物进行反应，来制备粉末状的二氧化硅?碳前体?气孔形成剂的复合体的步骤；将上述复合体和有机结合剂混合在一起，来制备成型前体的步骤；挤压或注塑上述成型前体，来制备粒状化成型体的步骤；煅烧上述成型体的步骤；以及蚀刻包含在所煅烧的上述成型体的二氧化硅的步骤。

【技术特征摘要】
2011.10.12 KR 10-2011-01041441.一种粒状化碳介孔结构体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 使包含二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂的混合物进行反应，来制备粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤； 将上述复合体和有机结合剂混合在一起，来制备成型前体的步骤； 挤压或注塑上述成型前体，来制备粒状化成型体的步骤； 煅烧上述成型体的步骤；以及 蚀刻包含在所煅烧的上述成型体的二氧化硅的步骤。2.一种粒状化碳介孔结构体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 使包含二氧化硅前体、碳前体以及气孔形成剂的混合物进行反应，来制备粉末状的二氧化硅-碳前体-气孔形成剂的复合体的步骤； 将上述复合体和有机结合剂混合在一起，来制备成型前体的步骤； 挤压或注塑上述成型前体，来制备粒状化成型体的步骤； 第一次煅烧上述成型体的步骤； 蚀刻包含在所煅烧的上述成型体的二氧化硅的步骤；以及 对蚀刻了二氧化硅的上述成型体进行第二次煅烧的步骤。3.根据权利要求1或2所述的粒状化碳介孔结构体的制备方法，其特征在于，上述二氧化娃如体是选自由四乙氧基娃烧、四甲氧基娃烧、四丙氧基娃烧、四丁氧基娃烧、娃酸纳、气相二氧化硅以及胶体二氧化硅构成的组中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的粒状化碳介孔结构体的制备方法，其特征在于，上述碳前体是选自由葡萄糖、蔗糖、木糖、苯酚、糠醇、乙醇、雷琐辛、间苯三酚、糠醛、苯酚树脂、中间相浙青、乙炔、丙炔、乙烯、苊、芘、聚丙烯腈、蒽、苯、乙腈、聚氯乙烯、甲阶酚醛树脂、甲醛、松二糖、棉子糖以及有机界面活性剂构成的组中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的粒状化碳介孔结构体的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔喜喆，金要韩，朴志海，裵址烈，朴浩植，
申请(专利权)人：光州科学技术院，
类型：发明
国别省市：