一種多孔炭氣凝膠空心微球的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔炭氣凝膠空心微球。其以芳香胺酚化合物、醛類物質(zhì)為原料，包括制成凝膠、干燥和炭化的制備過程，其特點(diǎn)是：采用芳香胺酚化合物與醛類物質(zhì)按比例配制成溶液，加入催化劑、表面活性劑和模板劑，進(jìn)行凝膠化，再通過真空干燥后形成干凝膠，將凝膠在還原氣氛中炭化，制得具有多孔結(jié)構(gòu)的炭氣凝膠空心微球。本發(fā)明易于施行，制備周期短，適合于大規(guī)模的生產(chǎn)。
【專利說明】一種多孔炭氣凝膠空心微球
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔炭氣凝膠空心微球。
【背景技術(shù)】
[0002]炭氣凝膠是一種比表面大，孔徑尺寸分布均勻、耐腐蝕的材料，而多孔的空心微球結(jié)構(gòu)的炭氣凝膠不但增大了與介質(zhì)的接觸面積，而且空心部分能填充特定功能的物質(zhì)，能適應(yīng)各種操作環(huán)境，因此在環(huán)境治理、土壤修復(fù)和藥物控釋等方面有極其重要的應(yīng)用前景。
[0003]制備炭氣凝膠的原料、配比和催化劑種類等因素直接影響凝膠的表面結(jié)構(gòu)，炭氣凝膠制備方法和原料不同導(dǎo)致材料性能的差異。中國專利申請?zhí)?00610116392.3公開的技術(shù)方案是用甲醛和苯酚為反應(yīng)原料，在堿的催化下形成炭氣凝膠，得到的炭氣凝膠成塊狀，其比表面積小，孔徑分布不均勻，限制其廣泛應(yīng)用；中國專利申請?zhí)?00710039795.7公開的技術(shù)方案是使用苯酚-三聚氰胺-甲醛或者水溶性酚醛樹脂-三聚氰胺-甲醛為原料，通過超臨界干燥制備均勻的球狀炭氣凝膠，但是超臨界干燥處理使得炭氣凝膠制備工藝復(fù)雜，不易實(shí)施；中國專利申請?zhí)?00610035097.5中記載的技術(shù)方案使用間苯二酚-甲醛為原料，采用異相沉淀的方法制備內(nèi)部載銀的球狀炭氣凝膠顆粒，方法簡單，制備的材料顆粒尺寸均勻，但是材料顆粒不具有空心的結(jié)構(gòu)，比表面積僅有400-500m2 / g。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種比表面積大、耐腐蝕性強(qiáng)的具有多孔結(jié)構(gòu)的炭氣凝膠空心微球。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0006](I)將芳香胺酚化合物、醛類物質(zhì)和水按0.1~0.5:0.2~1:2.4~12的摩爾比攪拌均勻配制成水溶液，向水溶液中后加入有機(jī)酸催化劑、分散劑和模板劑；芳香胺酚化合物、有機(jī)催化劑、分散劑及模板劑的摩爾比為0.1~0.5:0.001~0.01:0.002~0.03:0.05~0.1，在60~90°C下反應(yīng)8~16小時得到凝膠；
[0007](2)將所述的凝膠經(jīng)80~120°C干燥脫水成干凝膠，干凝膠進(jìn)一步在還原氣氛中、650~850°C的溫度下炭化2~6小時，制成多孔炭氣凝膠空心微球。
[0008]作為優(yōu)選，芳香胺酚化合物是對氨基苯酚、鄰氨基苯酚、間氨基苯酚中的一種或兩種及以上的混合物。
[0009]作為優(yōu)選，醛類化合物是甲醛、糠醛、乙醛、乙二醛中的一種或兩種及以上的混合物。
[0010]作為優(yōu)選，有機(jī)催化劑為檸檬酸、抗壞血酸、乙二酸、丙二酸、草酸中的一種或兩種及以上的混合物。
[0011]作為優(yōu)選，分散劑為聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種及以上的混合物。[0012]作為優(yōu)選，模板劑為尿素、碳酸二氫銨中的一種或兩種及以上的混合物。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]1、在多孔炭氣凝膠空心微球的制備過程中，含模板劑的炭氣凝膠前驅(qū)體是采用原位合成,大大簡化了操作,適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)；后續(xù)的炭化過程使模板劑分解產(chǎn)生氣體逸出，形成多孔的空心微球結(jié)構(gòu)。
[0015]2、本發(fā)明具有孔徑可控和高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，材料的微球結(jié)構(gòu)以及表面豐富的孔結(jié)構(gòu)能夠有效增大與介質(zhì)的接觸面積，提高吸附性能。
[0016]3、本發(fā)明能夠在空心部分填充特定物質(zhì)，在外界條件下實(shí)現(xiàn)特定的功能。
[0017]4、本發(fā)明具有耐酸堿腐蝕，能夠有效的保護(hù)填充的材料，特別是易被酸堿的腐蝕物質(zhì)。
[0018]5、本發(fā)明具有良好的導(dǎo)電性能，能夠很好的包覆在絕緣體的表面，有效的改善其導(dǎo)電性能。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1:
[0020]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0021](I)稱取0.1mol對氨基苯酹、0.2mol甲醒溶液置于43.2g蒸懼水配制成水溶液，加入0.0Olmol草酸、0.002mol聚乙二醇和0.05mol尿素得混合溶液，所得混合溶液在60°C恒溫箱中凝膠16小時，形成凝膠；
[0022](2)將制得的凝膠在110°C真空條件下干燥3小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于650°C炭化6小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，按體積百分比，氫氣的含量為10%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。
[0023]實(shí)施例2:
[0024]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0025](I)稱取0.15mol鄰氨基苯酚和0.1mol糠醛溶液、0.2mol乙二醛溶液置于61.2g蒸餾水配制成水溶液，加入0.002mol檸檬酸、0.005mol十六烷基三甲基溴化銨和0.055mol碳酸二氫銨得混合溶液，所得混合溶液在65°C恒溫箱中凝膠15小時，形成凝膠；
[0026](2)將制得的凝膠在130°C真空條件下干燥2小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于675°C炭化5.5小時后，繼續(xù)通入還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為氫氣和氬氣的混合氣體，按體積百分比，氫氣的含量為5 %，還原氣體的氣體流量為0.1-10L / min。
[0027]實(shí)施例3:
[0028]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0029](I)稱取0.1mol間氨基苯酹、0.1mol對氨基苯酹和0.4mol乙醒溶液置于79.2g蒸懼水配制成水溶液，加入0.003mol的抗壞血酸、0.008mol的十二烷基苯磺酸鈉和0.06mol碳酸二氫銨得混合溶液，所得混合溶液在65°C恒溫箱中凝膠14小時，形成凝膠；
[0030](2)將制得的凝膠在120°C真空條件下干燥2.5小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于700°C炭化5小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為氫氣和氦氣的混合氣體，按體積百分比，氫氣的含量為7%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。
[0031]實(shí)施例4:
[0032]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0033](I)稱取0.25mol對氨基苯酹和0.5mol乙二醒溶液置于97.2g蒸懼水配制成水溶液，加入0.004mol乙二酸、0.012mol聚乙二醇和0.065mol尿素得混合溶液，所得混合溶液在70°C恒溫箱中凝膠13小時，形成凝膠；
[0034](2)將制得的凝膠在140°C真空條件下干燥1.5小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于725°C炭化4.5小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為CO和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，按體積百分比，CO的含量為8%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。
[0035]實(shí)施例5:
[0036]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0037](I)稱取0.1mol鄰氨基苯酌.、0.1mol間氨基苯酌.、0.1mol對氨基苯酌和0.6mol甲醛溶液置于115.2g蒸餾水配制 成水溶液，加入0.005mol丙二酸、0.015mol十六烷基三甲基溴化銨和0.07mol碳酸二氫銨得混合溶液，所得混合溶液在75°C恒溫箱中凝膠12小時，形成凝膠；
[0038](2)將制得的凝膠在150°C真空條件下干燥I小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于750°C炭化4小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為CO和氦氣的混合氣體，按體積百分比，CO的含量為6%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。
[0039]實(shí)施例6:
[0040]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0041](I)稱取0.35mol間氨基苯酚和0.4mol糠醛溶液、0.3mol甲醛溶液置于133.2g蒸懼水配制成水溶液，加入0.006mol草酸、0.018mol十二烷基苯磺酸鈉和0.075mol尿素得混合溶液，所得混合溶液在75°C恒溫箱中凝膠11小時，形成凝膠；
[0042](2)將制得的凝膠在120°C真空條件下干燥2小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于770°C炭化3.5小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為CO和氬氣的混合氣體，按體積百分比，CO的含量為7%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。
[0043]實(shí)施例7:
[0044]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0045](I)稱取0.2mol對氨基苯酹、0.2mol鄰氨基苯酹和0.8mol乙醒溶液置于151.2g蒸餾水配制成水溶液，加入0.007mol檸檬酸、0.022mol聚乙二醇和0.08mol尿素得混合溶液，所得混合溶液在80°C恒溫箱中凝膠10小時，形成凝膠；
[0046](2)將制得的凝膠在140°C真空條件下干燥1.5小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于800°C炭化3小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，按體積百分比，氫氣的含量為5%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。[0047]實(shí)施例8:
[0048]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0049](I)稱取0.45mol間氨基苯酹和0.9mol甲醒溶液置于187.2g蒸懼水配制成水溶液，加入0.009mol乙二酸、0.028mol聚乙二醇和0.09mol尿素得混合溶液，所得混合溶液在85°C恒溫箱中凝膠8.5小時，形成凝膠；
[0050](2)將制得的凝膠在130°C真空條件下干燥2小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于840°C炭化2.4小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為氫氣和氦氣的混合氣體，按體積百分比，氫氣的含量為9 %，還原氣體的氣體流量為0.1-10L / min。
[0051]實(shí)施例9:
[0052]一種多孔炭氣凝膠空心微球，由以下步驟制備得到:
[0053](I)稱取0.5mol鄰氨基苯酚和Imol乙醛溶液置于216g蒸餾水配制成水溶液，加Λ0.01mol丙二酸、0.03mol十二烷基苯磺酸鈉和0.1mol碳酸二氫銨得混合溶液,所得混合溶液在90°C恒溫箱中凝膠8小時，形成凝膠；
[0054](2)將制得的凝膠在120°C真空條件下干燥2.5小時后，在還原性氣氛保護(hù)下于850°C炭化2小時后，繼續(xù)通還原氣體降溫冷卻至室溫，得到多孔炭氣凝膠空心微球；其中的還原氣體為CO和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，按體積百分比，CO的含量為10%，還原氣體的氣體流量為 0.1-10L / min。
[0055]以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔炭氣凝膠空心微球，其特征是由以下步驟制備得到: (1)將芳香胺酚化合物、醛類物質(zhì)和水按0.1~0.5:0.2~1:2.4~12的摩爾比攪拌均勻配制成水溶液，向所述水溶液中后加入有機(jī)酸催化劑、分散劑和模板劑；所述芳香胺酚化合物、有機(jī)催化劑、分散劑及模板劑的摩爾比為0.1~0.5:0.001~0.01:0.002~0.03:0.05~0.1，在60~90°C下反應(yīng)8~16小時得到凝膠； (2)將所述凝膠經(jīng)80~120°C干燥脫水成干凝膠，所述干凝膠進(jìn)一步在還原氣氛中、650~850°C的溫度下炭化2~6小時，制成多孔炭氣凝膠空心微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭氣凝膠空心微球，其特征在于:所述芳香胺酚化合物是對氨基苯酚、鄰氨基苯酚、間氨基苯酚中的一種或兩種及以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭氣凝膠空心微球，其特征在于:所述醛類化合物是甲醛、糠醛、乙醛、乙二醛中的一種或兩種及以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭氣凝膠空心微球，其特征在于:所述有機(jī)催化劑為檸檬酸、抗壞血酸、乙二酸、丙二酸、草酸中的一種或兩種及以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭氣凝膠空心微球，其特征在于:所述分散劑為聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種及以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭氣凝膠空心微球，其特征在于:所述模板劑為尿素、碳酸二氫銨中的一種或兩種及以上`的混合物。
【文檔編號】C01B31/02GK103588191SQ201310556326
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】吳以洪, 劉大軍 申請人:合肥國軒高科動力能源股份公司