專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備氮摻雜分級(jí)孔多孔炭微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，屬于炭素材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
炭材料發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和豐富的表面化學(xué)官能團(tuán)使其在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的調(diào)控炭材料載體之結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)的技術(shù)存在缺陷，如何獨(dú)辟蹊徑、采用廉價(jià)的碳源創(chuàng)制出新型的炭基材料，如雜原子摻雜的且孔隙結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)可以調(diào)控的多孔炭材料，在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注。淀粉或改性后的多孔淀粉是一種來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的可再生天然碳源。王成揚(yáng)等在“淀粉基碳微球的制備方法”(專(zhuān)利號(hào)200710150251)中，以淀粉為碳源，采用預(yù)氧化-炭化兩步法制備了橢球形的淀粉基碳微球。李慶余等在“微米多孔碳微球的制備方法”(專(zhuān)利號(hào)=200710050549)中，以改性后的淀粉(多孔淀粉)為碳源，可溶性錫酸鹽、錫鹽或硅酸鹽為包覆劑，采用炭化法制備得到了微米級(jí)多孔碳微球。但是，以多孔淀粉為碳源，采用簡(jiǎn)單的工藝一步實(shí)現(xiàn)氮原子摻雜并兼具多孔結(jié)構(gòu)的多孔炭微球的合成方法未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外報(bào)道。多孔淀粉顆粒本身具有一定的顆粒形狀，且不同種類(lèi)的多孔淀粉的顆粒大小不同。如果能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的預(yù)處理方法制備出保持原多孔淀粉顆粒形態(tài)的球形雜原子摻雜的多孔炭材料，不僅可以解決球形多孔炭的制造成本的問(wèn)題，而且可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求制備出不同粒徑大小、不同孔結(jié)構(gòu)的球形多孔炭并調(diào)變多孔炭的表面化學(xué)性質(zhì)，這一工作對(duì)促進(jìn)球形多孔炭的研究與發(fā)展，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明供一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，該方法以銨鹽作為保護(hù)劑一步實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)和氮原子摻雜的多孔炭微球的制備，是制備工藝簡(jiǎn)單、低成本，以多孔淀粉為前驅(qū)體制備具有特定形貌和功能的具有高附加值的氮摻雜分級(jí)孔多孔炭微球的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法包括下列步驟(I)把質(zhì)量為I 3g的銨鹽與質(zhì)量為2 Ig的多孔淀粉混合后，加入20 50mL 的去離子水，磁力攪拌3 6h，使多孔淀粉對(duì)銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；(2)將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護(hù)下，以2 10°C /min升溫至 600 900°C，炭化2 6h，得到氮摻雜多孔炭微球。所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔馬鈴薯淀粉或多孔木薯淀粉。所述的銨鹽選自氯化銨、硫酸銨或硝酸銨。本發(fā)明的有益效果是這種制備氮摻雜多孔炭微球的方法包括以下兩個(gè)步驟1、 向銨鹽與多孔淀粉的混合粉末中加入去離子水，磁力攪拌，使多孔淀粉對(duì)銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；2、將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護(hù)下炭化，得到氮摻雜多孔炭微球。該方法所用原料為廉價(jià)易得的商品化多孔淀粉，在保證多孔淀粉原有多孔形貌的基礎(chǔ)上制備了氮摻雜多孔炭微球，制備過(guò)程對(duì)設(shè)備要求不高，操作容易，一步實(shí)現(xiàn)了多孔結(jié)構(gòu)和氮原子摻雜的多孔炭微球的制備，該材料在生物材料、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明氮摻雜多孔炭微球的掃描電鏡照片。具體實(shí)施方法下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例一稱(chēng)取Ig氯化銨和2g多孔玉米淀粉混合后，加入20mL去離子水，磁力攪拌3h，使多孔玉米淀粉對(duì)氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5°C /min的升溫速率升溫至600°C并保溫2h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實(shí)施例二稱(chēng)取Ig氯化銨和Ig多孔馬鈴薯淀粉混合后，加入20mL去離子水，磁力攪拌4h， 使多孔馬鈴薯淀粉對(duì)氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔馬鈴薯淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔馬鈴薯淀粉在管式炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以 30C /min的升溫速率升溫至700°C并保溫4h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實(shí)施例三稱(chēng)取3g氯化銨和2g多孔木薯淀粉混合后，加入50mL去離子水，磁力攪拌6h，使多孔木薯淀粉對(duì)氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔木薯淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔木薯淀粉在管式炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10°c /min 的升溫速率升溫至800°C并保溫3h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實(shí)施例四稱(chēng)取2g硫酸銨和2g多孔玉米淀粉混合后，加入30mL去離子水，磁力攪拌5h，使多孔玉米淀粉對(duì)硫酸銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有硫酸銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有硫酸銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8°C /min的升溫速率升溫至600°C并保溫5h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實(shí)施例五稱(chēng)取3g硝酸銨和Ig多孔玉米淀粉混合后，加入40mL去離子水，磁力攪拌4h，使多孔玉米淀粉對(duì)硝酸銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有硝酸銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有硝酸銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5°C /min的升溫速率升溫至700°C并保溫6h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實(shí)施例六稱(chēng)取2g氯化銨和Ig多孔玉米淀粉混合后，加入20mL去離子水，磁力攪拌3h，使多孔玉米淀粉對(duì)氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2V Mn的升溫速率升溫至900°C并保溫4h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。
權(quán)利要求
1.一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，其特征是該方法包括下列步驟(1)把質(zhì)量為I 3g的銨鹽與質(zhì)量為2 Ig的多孔淀粉混合后，加入20 50mL的去離子水，磁力攪拌3 6h，使多孔淀粉對(duì)銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；(2)將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護(hù)下，以2 10°C/min升溫至 600 900°C，炭化2 6h，得到氮摻雜多孔炭微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，其特征是所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔馬鈴薯淀粉或多孔木薯淀粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，其特征是所述的銨鹽選自氯化銨、硫酸銨或硝酸銨。
全文摘要
一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，屬于炭素材料技術(shù)領(lǐng)域。這種制備氮摻雜多孔炭微球的方法包括以下兩個(gè)步驟1、向一定質(zhì)量比的銨鹽(如氯化銨、硫酸銨或硝酸銨)與多孔淀粉中加入20～50mL的去離子水，磁力攪拌3～6h，使多孔淀粉對(duì)銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；2、將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護(hù)下，于600～900℃炭化2～6h，得到氮摻雜多孔炭微球。該方法所用原料為廉價(jià)易得的商品化多孔淀粉，在保證多孔淀粉原有多孔形貌的基礎(chǔ)上制備了氮摻雜多孔炭微球，制備過(guò)程對(duì)設(shè)備要求不高，操作容易，一步實(shí)現(xiàn)了多孔結(jié)構(gòu)和氮原子摻雜的多孔炭微球的制備，該材料在生物材料、催化、電化學(xué)等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102583318SQ20121004503
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者于暢, 張旭, 段江波, 邱介山 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)