CN107188173B - 巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法，该制备方法的优点为：（1）利用含表面活性剂和碱金属盐的活化液对竹粉进行初步活化处理，改善了竹粉的表面性能，提高其在有机硅溶胶中的分散性，同时金属盐的引入可改善后续竹粉的炭化效果，固炭率更高；（2）经有机硅溶胶体系浸渍处理后的竹粉炭化后得到的竹炭粉孔径分布更为细致均匀，炭粉的强度更高；（3）所得的竹炭粉经巯基硅氧烷溶胶进行功能化改性，利用溶胶‑凝胶的方法实现了巯基的有效固着，制得的产品功能化显著。

Description

巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法

技术领域

本发明涉及改性竹炭材料技术领域，尤其涉及巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法。

背景技术

竹炭是以竹材为原料，在高温、缺氧或限制性地通入氧气的条件下，使竹材受热裂解而得到的主要固体产物。它由类似石墨的碳微晶按照螺层行结构排列，由微晶间的强烈交联形成了发达的微孔结构，孔隙的大小不尽相同，是一种性能优良的吸附材料，相较于活性炭等传统吸附材料具有明显的价格优势。由于竹炭的孔径分布一般集中在微孔范围内，对气体和液体小分子的吸附性能较好，对一些聚合物、有机电解质和无机大分子的吸附性较差，而且在催化剂载体、电极材料以及气体吸附分离等领域的应用效果也不理想，经济价值不高。

为了改善竹炭的性能，赋予其更多的功能，研究者致力于对其进行改性处理。如使用高锰酸钾氧化、高温氮气活化处理、酸碱改性等等方法，在一定程度上改善了竹炭的微孔结构，引入了更多的官能团，吸附能力进一步提高，然而尚未有巯基功能化竹炭材料见报到。巯基功能化材料有着较为广泛的用途，一方面巯基可以与Pt、Au、Ru等贵金属作用，可以很好地固载金属纳米粒子,如金纳米粒子,可以制备成负载型金纳米催化剂，催化硅烷氧化、炔烃水合等有机反应等；另一方面巯基可以用来络合重金属离子，尤其对软酸型重金属离子的吸附容量高，可以用作吸附剂吸附重金属离子；再者巯基还可以被氧化成磺酸基,制备成磺酸基功能化固体酸催化剂,应用于有机合成反应中酯化反应、羰基加成反应等，将会极大的提升竹炭材料的应用价值。

发明内容

本发明为了弥补已有技术的缺陷，提供了一种巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将竹屑经脱水干燥处理后粉碎成50-80目竹粉，然后将竹粉放入55-65℃的活化液中恒温搅拌30-50min后，经抽滤、烘干后得到活化竹粉；

（2）将活化竹粉投入有机硅溶胶中加压浸泡处理10-15min后过滤，所得滤料在氮气氛围下以65-70℃的热风干燥处理25-50min，得硅溶胶包覆的竹粉备用；

（3）将所得竹粉送入干馏釜中炭化处理，处理结束后得到竹炭粉备用；

（4）将所得的竹炭粉投入巯基硅氧烷溶胶中浸泡处理1-2h，处理结束后过滤，所得物料室温陈化12-48h；

（5）将步骤（4）所得材料投入无水乙醇中浸泡处理10-15h，使材料的含水量≤1%，然后再用去离子水浸泡处理2-5h，最后将所得竹炭粉晾干，即得所述的巯基功能化介孔竹炭材料。

所述的活化液是阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂与碱金属盐、水按照1-5：1-10：100的重量比配制而成。

所述的有机硅溶胶是由如下方法制备得到：取固含量为20-30%的市售硅溶胶，在搅拌条件下滴加硅烷偶联剂，滴加完毕后继续搅拌反应15-24h，随后加入四氢呋喃，混合均匀后将体系通过减压旋转蒸发除去水分，即得所述的有机硅溶胶。

所述的硅溶胶、硅烷偶联剂、四氢呋喃三者的体积比为1:0.1-0.15:1-1.5。

所述的炭化处理过程采用两步炭化法，先以5-10℃/min的速率升温至450-500℃，保温炭化50-60min，然后再以6-8℃/min的速率升温至700-900℃，保温1-5h。

所述的巯基硅氧烷溶胶是由以下方法制成：将丙基硫醇三甲氧基硅烷、无水乙醇依次加入反应容器中，搅拌均匀后加入98%的醇水溶液，并用盐酸将体系pH值调节至2-3，继续搅拌反应1-1.5h后加热回流反应20-25h，反应结束后减压除去溶剂和未反应的化合物，即得巯基硅氧烷溶胶，其中丙基硫醇三甲氧基硅烷、无水乙醇、98%醇水溶液三者按照0.2mol:75ml:80ml的配制添加。

本发明的优点在于：

（1）利用含表面活性剂和碱金属盐的活化液对竹粉进行初步活化处理，改善了竹粉的表面性能，提高其在有机硅溶胶中的分散性，同时金属盐的引入可改善后续竹粉的炭化效果，固炭率更高。

（2）经有机硅溶胶体系浸渍处理后的竹粉炭化后得到的竹炭粉孔径分布更为细致均匀，炭粉的强度更高。

（3）所得的竹炭粉经巯基硅氧烷溶胶进行功能化改性，利用溶胶-凝胶的方法实现了巯基的有效固着，制得的产品功能化显著。

具体实施方式

巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将竹屑经脱水干燥处理后粉碎成50目竹粉，然后将竹粉放入55℃的活化液中恒温搅拌30min后，经抽滤、烘干后得到活化竹粉；

（2）将活化竹粉投入有机硅溶胶中加压浸泡处理10min后过滤，所得滤料在氮气氛围下以65℃的热风干燥处理25min，得硅溶胶包覆的竹粉备用；

（3）将所得竹粉送入干馏釜中炭化处理，处理结束后得到竹炭粉备用；

（4）将所得的竹炭粉投入巯基硅氧烷溶胶中浸泡处理1h，处理结束后过滤，所得物料室温陈化12h；

（5）将步骤（4）所得材料投入无水乙醇中浸泡处理10h，使材料的含水量≤1%，然后再用去离子水浸泡处理2h，最后将所得竹炭粉晾干，即得所述的巯基功能化介孔竹炭材料。

所述的活化液是烷基苯磺酸钠与碳酸钠、水按照1：1：100的重量比配制而成。

所述的有机硅溶胶是由如下方法制备得到：取固含量为20%的市售硅溶胶，在搅拌条件下滴加硅烷偶联剂Kh560，滴加完毕后继续搅拌反应15h，随后加入四氢呋喃，混合均匀后将体系通过减压旋转蒸发除去水分，即得所述的有机硅溶胶，其中硅溶胶、硅烷偶联剂kh560以及四氢呋喃三者的体积比为1:0.1:1。

所述的炭化处理过程采用两步炭化法，先以5℃/min的速率升温至450℃，保温炭化50min，然后再以6℃/min的速率升温至700℃，保温1h。

所述的巯基硅氧烷溶胶是由以下方法制成：将丙基硫醇三甲氧基硅烷、无水乙醇依次加入反应容器中，搅拌均匀后加入98%的醇水溶液，并用盐酸将体系pH值调节至2，继续搅拌反应1h后加热回流反应20h，反应结束后减压除去溶剂和未反应的化合物，即得巯基硅氧烷溶胶，其中丙基硫醇三甲氧基硅烷、无水乙醇、98%醇水溶液三者按照0.2mol:75ml:80ml的配制添加。

Claims (1)

1.巯基功能化介孔竹炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将竹屑经脱水干燥处理后粉碎成50-80目竹粉，然后将竹粉放入55-65℃的活化液中恒温搅拌30-50min后，经抽滤、烘干后得到活化竹粉；

（2）将活化竹粉投入有机硅溶胶中加压浸泡处理10-15min后过滤，所得滤料在氮气氛围下以65-70℃的热风干燥处理25-50min，得硅溶胶包覆的竹粉备用；

（3）将所得竹粉送入干馏釜中炭化处理，处理结束后得到竹炭粉备用；

（4）将所得的竹炭粉投入巯基硅氧烷溶胶中浸泡处理1-2h，处理结束后过滤，所得物料室温陈化12-48h；

（5）将步骤（4）所得材料投入无水乙醇中浸泡处理10-15h，使材料的含水量≤1%，然后再用去离子水浸泡处理2-5h，最后将所得竹炭粉晾干，即得所述的巯基功能化介孔竹炭材料； 所述的活化 液是阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂与碱金属盐、水按照1-5：1-10：100的重量比配制而成；

所述的有机硅溶胶是由如下方法制备得到：取固含量为20-30%的市售硅溶胶，在搅拌条件下滴加硅烷 偶联剂，滴加完毕后继续搅拌反应15-24h，随后加入四氢呋喃，混合均匀后将体系通过减压 旋转蒸发除去水分，即得所述的有机硅溶胶； 所述的硅溶胶、硅烷偶联剂以及四氢呋喃三者的体积比为1:0.1-0.15:1-1.5；

所述的炭化处理过程采用两步炭化法，先以5-10℃/min的速率升温至450-500℃，保温炭化50-60min，然后再以6-8℃/min的速率升温至700-900℃，保温1-5h；

所述的巯基硅氧烷溶胶是由以下方法制成：将丙基硫醇三甲氧基硅烷、无水乙醇依次加入反应容器中，搅拌均匀后加入98%的醇水溶液，并用盐酸将体系pH值调节至2-3，继续搅拌反应1-1.5h后加热回流反应20-25h，反应结束后减压除去溶剂和未反应的化合物，即得巯基硅氧烷溶胶，其中丙基硫醇三甲氧基硅烷、无水乙醇、98%醇水溶液三者按照0.2mol:75ml:80ml的配制添加。