CN102583318A - 一种制备氮掺杂分级孔多孔炭微球的方法 - Google Patents

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邱介山
于畅
段江波
张旭
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Abstract

一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法，属于炭素材料技术领域。这种制备氮掺杂多孔炭微球的方法包括以下两个步骤：1、向一定质量比的铵盐(如氯化铵、硫酸铵或硝酸铵)与多孔淀粉中加入20～50mL的去离子水，磁力搅拌3～6h，使多孔淀粉对铵盐充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有铵盐的多孔淀粉；2、将得到的吸附有铵盐的多孔淀粉在惰性气氛保护下，于600～900℃炭化2～6h，得到氮掺杂多孔炭微球。该方法所用原料为廉价易得的商品化多孔淀粉，在保证多孔淀粉原有多孔形貌的基础上制备了氮掺杂多孔炭微球，制备过程对设备要求不高，操作容易，一步实现了多孔结构和氮原子掺杂的多孔炭微球的制备，该材料在生物材料、催化、电化学等领域有着潜在的应用前景。

Description

一种制备氮掺杂分级孔多孔炭微球的方法
技术领域
本发明涉及一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法，属于炭素材料技术领域。
背景技术
炭材料发达的孔结构和丰富的表面化学官能团使其在诸多领域有着广泛的应用前景。传统的调控炭材料载体之结构和表面化学性质的技术存在缺陷，如何独辟蹊径、采用廉价的碳源创制出新型的炭基材料，如杂原子掺杂的且孔隙结构和表面性质可以调控的多孔炭材料，在国内外备受关注。
淀粉或改性后的多孔淀粉是一种来源广泛、价格低廉的可再生天然碳源。王成扬等在“淀粉基碳微球的制备方法”(专利号：200710150251)中，以淀粉为碳源，采用预氧化-炭化两步法制备了椭球形的淀粉基碳微球。李庆余等在“微米多孔碳微球的制备方法”(专利号：200710050549)中，以改性后的淀粉(多孔淀粉)为碳源，可溶性锡酸盐、锡盐或硅酸盐为包覆剂，采用炭化法制备得到了微米级多孔碳微球。但是，以多孔淀粉为碳源，采用简单的工艺一步实现氮原子掺杂并兼具多孔结构的多孔炭微球的合成方法未见国内外报道。多孔淀粉颗粒本身具有一定的颗粒形状，且不同种类的多孔淀粉的颗粒大小不同。如果能够通过简单的预处理方法制备出保持原多孔淀粉颗粒形态的球形杂原子掺杂的多孔炭材料，不仅可以解决球形多孔炭的制造成本的问题，而且可以根据不同的应用需求制备出不同粒径大小、不同孔结构的球形多孔炭并调变多孔炭的表面化学性质，这一工作对促进球形多孔炭的研究与发展，拓宽其应用领域有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明供一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法，该方法以铵盐作为保护剂一步实现多孔结构和氮原子掺杂的多孔炭微球的制备，是制备工艺简单、低成本，以多孔淀粉为前驱体制备具有特定形貌和功能的具有高附加值的氮掺杂分级孔多孔炭微球的方法。
本发明采用的技术方案：一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法包括下列步骤：
(1)把质量为1～3g的铵盐与质量为2～1g的多孔淀粉混合后，加入20～50mL的去离子水，磁力搅拌3～6h，使多孔淀粉对铵盐充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有铵盐的多孔淀粉；
(2)将得到的吸附有铵盐的多孔淀粉在惰性气氛保护下，以2～10℃/min升温至600～900℃，炭化2～6h，得到氮掺杂多孔炭微球。
所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔马铃薯淀粉或多孔木薯淀粉。
所述的铵盐选自氯化铵、硫酸铵或硝酸铵。
本发明的有益效果是：这种制备氮掺杂多孔炭微球的方法包括以下两个步骤：1、向铵盐与多孔淀粉的混合粉末中加入去离子水，磁力搅拌，使多孔淀粉对铵盐充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有铵盐的多孔淀粉；2、将得到的吸附有铵盐的多孔淀粉在惰性气氛保护下炭化，得到氮掺杂多孔炭微球。该方法所用原料为廉价易得的商品化多孔淀粉，在保证多孔淀粉原有多孔形貌的基础上制备了氮掺杂多孔炭微球，制备过程对设备要求不高，操作容易，一步实现了多孔结构和氮原子掺杂的多孔炭微球的制备，该材料在生物材料、催化、电化学等领域有着潜在的应用前景。
附图说明
图1为本发明氮掺杂多孔炭微球的扫描电镜照片。
具体实施方法
下面通过实施例对本发明进一步说明。
实施例一
称取1g氯化铵和2g多孔玉米淀粉混合后，加入20mL去离子水，磁力搅拌3h，使多孔玉米淀粉对氯化铵充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有氯化铵的多孔玉米淀粉；然后，将得到的吸附有氯化铵的多孔玉米淀粉在管式炭化炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率升温至600℃并保温2h，然后自然冷却至室温，制得氮掺杂多孔炭微球。
实施例二
称取1g氯化铵和1g多孔马铃薯淀粉混合后，加入20mL去离子水，磁力搅拌4h，使多孔马铃薯淀粉对氯化铵充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有氯化铵的多孔马铃薯淀粉；然后，将得到的吸附有氯化铵的多孔马铃薯淀粉在管式炭化炉中，在氮气保护下，以3℃/min的升温速率升温至700℃并保温4h，然后自然冷却至室温，制得氮掺杂多孔炭微球。
实施例三
称取3g氯化铵和2g多孔木薯淀粉混合后，加入50mL去离子水，磁力搅拌6h，使多孔木薯淀粉对氯化铵充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有氯化铵的多孔木薯淀粉；然后，将得到的吸附有氯化铵的多孔木薯淀粉在管式炭化炉中，在氮气保护下，以10℃/min的升温速率升温至800℃并保温3h，然后自然冷却至室温，制得氮掺杂多孔炭微球。
实施例四
称取2g硫酸铵和2g多孔玉米淀粉混合后，加入30mL去离子水，磁力搅拌5h，使多孔玉米淀粉对硫酸铵充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有硫酸铵的多孔玉米淀粉；然后，将得到的吸附有硫酸铵的多孔玉米淀粉在管式炭化炉中，在氮气保护下，以8℃/min的升温速率升温至600℃并保温5h，然后自然冷却至室温，制得氮掺杂多孔炭微球。
实施例五
称取3g硝酸铵和1g多孔玉米淀粉混合后，加入40mL去离子水，磁力搅拌4h，使多孔玉米淀粉对硝酸铵充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有硝酸铵的多孔玉米淀粉；然后，将得到的吸附有硝酸铵的多孔玉米淀粉在管式炭化炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率升温至700℃并保温6h，然后自然冷却至室温，制得氮掺杂多孔炭微球。
实施例六
称取2g氯化铵和1g多孔玉米淀粉混合后，加入20mL去离子水，磁力搅拌3h，使多孔玉米淀粉对氯化铵充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有氯化铵的多孔玉米淀粉；然后，将得到的吸附有氯化铵的多孔玉米淀粉在管式炭化炉中，在氮气保护下，以2℃/min的升温速率升温至900℃并保温4h，然后自然冷却至室温，制得氮掺杂多孔炭微球。

Claims (3)

1.一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法，其特征是：该方法包括下列步骤：
(1)把质量为1～3g的铵盐与质量为2～1g的多孔淀粉混合后，加入20～50mL的去离子水，磁力搅拌3～6h，使多孔淀粉对铵盐充分吸附，然后抽滤并干燥，得到吸附有铵盐的多孔淀粉；
(2)将得到的吸附有铵盐的多孔淀粉在惰性气氛保护下，以2～10℃/min升温至600～900℃，炭化2～6h，得到氮掺杂多孔炭微球。
2.根据权利要求1所述的一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法，其特征是：所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔马铃薯淀粉或多孔木薯淀粉。
3.根据权利要求1所述的一种制备氮掺杂多孔炭微球的方法，其特征是：所述的铵盐选自氯化铵、硫酸铵或硝酸铵。
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