CN108584908B - 一种单分散多孔碳球及其制备方法 - Google Patents

一种单分散多孔碳球及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108584908B
CN108584908B CN201810644097.8A CN201810644097A CN108584908B CN 108584908 B CN108584908 B CN 108584908B CN 201810644097 A CN201810644097 A CN 201810644097A CN 108584908 B CN108584908 B CN 108584908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous carbon
solution
phenolic resin
monodisperse porous
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810644097.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108584908A (zh
Inventor
夏辉
梁忠冠
张洛蒙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Weihe New Materials Technology Co., Ltd.
Original Assignee
夏辉
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 夏辉 filed Critical 夏辉
Priority to CN201810644097.8A priority Critical patent/CN108584908B/zh
Publication of CN108584908A publication Critical patent/CN108584908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108584908B publication Critical patent/CN108584908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种单分散多孔碳球及其制备方法，涉及无机碳材料领域。该制备方法包括：将模板剂、苯酚、甲醛和碱在醇溶液分散均匀得到混合基液，将混合基液置于密闭容器中进行聚合反应后得到酚醛树脂球；将酚醛树脂球在惰性气氛下进行碳化。由这种方法制备的碳球粒径在200nm～2μm范围可调，球形度高、分散性好、多孔结构丰富，可广泛应用于吸附、催化、分离提纯、能量存储与转换和生物医学等众多领域。

Description

一种单分散多孔碳球及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机碳材料领域，具体而言，涉及一种单分散多孔碳球及其制备方法。
背景技术
单分散多孔碳球具有均匀且规则的几何形貌、发达的孔隙且可调、尺寸分布可控、良好的稳定性和优良的吸附性能，已被广泛应用于吸附、催化、分离提纯、能量存储与转换和生物医学等众多领域。近年来，对碳球方面的合成研究主要集中在实现碳球的单分散、孔的有序分布、粒径尺寸的精确控制等方面。
目前，合成单分散多孔碳球的方法较多，包括模板法、自组装法、水热碳化法和
Figure BDA0001703089270000011
扩展法等。其中经典的
Figure BDA0001703089270000012
扩展法是在醇和水的混合溶剂体系下，以氨作为催化剂促使前驱体的水解反应和缩聚反应。然而其合成过程复杂、反应时间长(通常需要48小时以上)，使得多孔碳球的制备成本高，限制了其大范围的工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单分散多孔碳球及其制备方法，本发明提供的碳球的球形度高、分散性好，且其粒径在200nm～2μm范围内可调控。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种单分散多孔碳球的制备方法，其包括：
将模板剂、苯酚、甲醛和碱在醇溶液分散均匀得到混合基液，将混合基液置于密闭容器中进行聚合反应后得到酚醛树脂球；
将酚醛树脂球在惰性气氛下进行碳化。
一种由上述制备方法制备的单分散多孔碳球，该单分散多孔碳球的粒径为200nm～2μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的这种制备方法，将模板剂与苯酚、甲醛和碱分散在醇溶液中，碱作为催化剂，促进苯酚和甲醛间发生聚合，并抑制所形成的酚醛树脂小球团聚，从而使得到酚醛树脂小球具有较高的单分散性，且有利于碳球的粒径在较大的范围内可调。同时，由于模板剂的存在，其在酚醛树脂小球碳化过程中被碳化，有助于碳球微孔结构的形成。此外，该方法反应时间短(仅需6～13h即可完成)，生产效率高，且原料易得、操作简单，有利于大规模生产。
通过该制备方法制得的碳球粒径大小在200nm～2μm范围可调控，球形度高，分散性好，可广泛应用于吸附、催化、分离提纯、能量存储与转换和生物医学等众多领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1制备的多孔碳球的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2制备的多孔碳球的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本实施方式提供一种单分散多孔碳球，其制备方法如下：
步骤S1：将模板剂、苯酚、甲醛和碱在醇溶液分散均匀得到混合基液，将混合基液置于密闭容器中进行聚合反应后得到酚醛树脂球；
模板剂在聚合反应中，主要起到结构导向作用和电荷平衡作用。进一步地，模板剂为环氧乙烷(PEO)和环氧丙烷(PPO)三嵌段共聚物。优选地，三嵌段共聚物选自F108、F127、F88和F68中的至少一种。更为优选地，三嵌段共聚物为F108或F127；其中，F108的分子组成为(PEO)132(PPO)50(PEO)132；F127的分子组成为(PEO)100(PPO)60(PEO)100。进一步优选地，三嵌段共聚物为F108。发明人研究发现，当采用F108作为模板剂时，所制得的碳球的孔状结构丰富，比表面积大。
碱在该聚合反应中，作为催化剂，其能够促进甲醛、苯酚和模板剂形成胶束，促进甲醛与苯酚之间的聚合，并通过静电排斥作用，抑制形成的酚醛树脂球之间发生团聚，从而保障最后所得碳球的高分散性。进一步地，碱选自氨水、KOH和NaOH中的任意一种，优选为氨水。由于氨水在溶液中解离成NH4 +，其能够分布在胶束表面，抑制胶束之间的团聚，使得聚合反应快速进行，提高酚醛树脂球的分散性。优选地，在混合基液中碱的摩尔浓度为0.3～1mol/L，或者为0.46mol/L～0.89mol/L，或者为0.6～0.8mol/L。
进一步地，醇溶液中的醇为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或多种，优选为乙醇，进一步优选地为60～80％的乙醇溶液。较为具体的，将无水乙醇与去离子水按照体积比1：1.5～3.5混合，形成乙醇溶液。
进一步地，每升醇溶液中加入的模板剂的量为1～9g(或者为3～7g)，即模板剂与醇溶液的质量体积比为(1～9)g：1L；当模板剂为三嵌段共聚物F108时，其在醇溶液中的摩尔浓度为2×10-4mol/L～3.0×10-3mol/L，优选地，摩尔浓度为2.4×10-4mol/L～3.0×10- 3mol/L。
进一步地，混合基液中，苯酚的浓度为1.5×10-4mol/L～3.0×10-4mol/L，或者为2×10-4mol/L～3.0×10-4mol/L；甲醛的浓度为0.6mol/L～0.9mol/L，或者为0.7mol/L～0.8mol/L。
进一步地，聚合反应的反应温度为150～200℃，或者为160～190℃，或者为170～180℃，或者为173～178℃；反应时间为4～9h，或者为5～8h，或者为6～7h。
进一步地，为了使反应物料在醇溶液中分散均匀，较为优选的加料方式为：
先将模板剂与醇溶液混合，并在1000～3000r/min(或者为1500～2500r/min)的转速下搅拌10～30min(或者为15～20min)；随后，将苯酚、甲醛和碱与上述所得溶液混合，并在室温(20～30℃)条件下，以1000～3000r/min(或者为1500～2500r/min)的转速下搅拌10～30min(或者为15～20min)，得到混合基液。
步骤S2:将酚醛树脂球在惰性气氛下进行碳化。
本发明中，惰性气氛指在氮气或惰性气体(如氩气)的氛围。
进一步地，碳化的温度为500～900℃，或者为550～850℃，或者为600～800℃，或者为650～750℃，或者为680～720℃；碳化时间为2～4h，或者为2.5～3.5h，或者为2.8～3.2h。
将酚醛树脂球在惰性气氛下进行碳化，得到碳球，模板剂在碳化过程中被碳化，使得碳球具有多孔结构，比表面积大，同时具有分散性高，粒径可调区间大(200nm～2μm)，应用前景广阔。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供一种单分散多孔碳球，其制备方法包括：
a.将无水乙醇和去离子水按1:1.96的体积比加入到烧杯中形成80mL的混合溶液；称取0.3g的三嵌段共聚物F108加入混合溶液中，在2000r/min的速度下搅拌20min；
b.取3mL的氨水(质量分数为25％)、1.2g苯酚和4.5mL甲醛分别加入到a步骤所得的溶液中，在室温的条件下以2000r/min的速度搅拌30min，得到混合基液；
c.将混合基液转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，在170℃下反应6小时，冷却、醇水清洗产物，烘干，得到酚醛树脂球；
d.将酚醛树脂球在N2气氛保护下700℃碳化3小时，然后在N2气氛下冷却至室温，获得单分散多孔碳球。
将所得的单分散多孔碳球进行扫描电镜分析，如图1所示，碳球粒径为1.5μm，球形度高、分散性好。
实施例2
本实施例提供一种单分散多孔碳球，其制备方法包括：
a.将无水乙醇和去离子水按1:3.5的体积比加入到烧杯中形成80mL的混合溶液；称取0.5g的三嵌段共聚物F108加入混合溶液中，在2000r/min的速度下搅拌20min；
b.取3mL的氨水(质量分数为25％)、1.2g苯酚和4.5mL甲醛分别加入到a步骤所得的溶液中，在室温的条件下以2000r/min的速度搅拌30min，得到混合基液；
c.将混合基液转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，在170℃下反应6小时，冷却、醇水清洗产物，烘干，得到酚醛树脂球；
d.将酚醛树脂球在N2气氛保护下700℃碳化3小时，然后在N2气氛下冷却至室温，获得单分散多孔碳球。
将所得的单分散多孔碳球进行扫描电镜分析，如图2所示，碳球粒径为200nm，球形度高、分散性好。
实施例3
本实施例提供一种单分散多孔碳球，其制备方法包括：
a.将无水乙醇和去离子水按1:2.3的体积比加入到烧杯中形成80mL的混合溶液；称取0.4g的三嵌段共聚物F127加入混合溶液中，在3000r/min的速度下搅拌10min；
b.取3mL的氨水(质量分数为25％)、1.2g苯酚和4.5mL甲醛分别加入到a步骤所得的溶液中，在室温的条件下以2000r/min的速度搅拌20min，得到混合基液；
c.将混合基液转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，在150℃下反应9小时，冷却、醇水清洗产物，烘干，得到酚醛树脂球；
d.将酚醛树脂球在N2气氛保护下500℃碳化4小时，然后在N2气氛下冷却至室温，获得单分散多孔碳球。
实施例4
本实施例提供一种单分散多孔碳球，其制备方法包括：
a.将无水乙醇和去离子水按1:3.5的体积比加入到烧杯中形成80mL的混合溶液；称取0.5g的三嵌段共聚物F108加入混合溶液中，在2000r/min的速度下搅拌20min；
b.取3mL的氨水(质量分数为25％)、1.2g苯酚和4.5mL甲醛分别加入到a步骤所得的溶液中，在室温的条件下以2000r/min的速度搅拌30min，得到混合基液；
c.将混合基液转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，在200℃下反应4小时，冷却、醇水清洗产物，烘干，得到酚醛树脂球；
d.将酚醛树脂球在氩气气氛保护下900℃碳化2小时，然后在氩气气氛下冷却至室温，获得单分散多孔碳球。
实施例5
本实施例提供一种单分散多孔碳球，其制备方法包括：
a.将无水甲醇和去离子水按1:3.5的体积比加入到烧杯中形成80mL的混合溶液；称取0.5g的三嵌段共聚物F127加入混合溶液中，在2000r/min的速度下搅拌20min；
b.取NaOH、1.2g苯酚和4.5mL甲醛分别加入到a步骤所得的溶液中，在室温的条件下以2000r/min的速度搅拌30min，得到混合基液；
c.将混合基液转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，在160℃下反应7小时，冷却、醇水清洗产物，烘干，得到酚醛树脂球；
d.将酚醛树脂球在N2气氛保护下600℃碳化3.5小时，然后在N2气氛下冷却至室温，获得单分散多孔碳球。
实施例6
本实施例提供一种单分散多孔碳球，其制备方法包括：
a.将无水乙醇和去离子水按1:2.3的体积比加入到烧杯中形成80mL的混合溶液；称取0.6g的三嵌段共聚物F108加入混合溶液中，在1500r/min的速度下搅拌30min；
b.取3mL的氨水(质量分数为25％)、1.2g苯酚和4.5mL甲醛分别加入到a步骤所得的溶液中，在室温的条件下以2000r/min的速度搅拌30min，得到混合基液；
c.将混合基液转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，在175℃下反应6.5小时，冷却、醇水清洗产物，烘干，得到酚醛树脂球；
d.将酚醛树脂球在N2气氛保护下800℃碳化2.5小时，然后在N2气氛下冷却至室温，获得单分散多孔碳球。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (4)

1.一种单分散多孔碳球的制备方法，其特征在于，其包括：
先将模板剂与醇溶液混合，并在1000～3000r/min的转速下搅拌10～30min；随后，将苯酚、甲醛和碱与上述所得溶液混合，并在20～30℃条件下，以1000～3000r/min的转速下搅拌10～30min，得到混合基液；将所述混合基液置于密闭容器中于反应温度为150～200℃下进行聚合反应4～9h后得到酚醛树脂球；
将所述酚醛树脂球在惰性气氛下进行碳化，所述碳化的温度为500～900℃、碳化时间为2～4h；
所述模板剂为环氧乙烷和环氧丙烷形成的三嵌段共聚物；所述三嵌段共聚物为F108；
所述醇溶液为60～80％的乙醇溶液，每升所述醇溶液中加入的所述模板剂的量为1～9g；所述混合基液中，所述苯酚的摩尔浓度为1.5×10-4mol/L～3.0×10-4mol/L，所述甲醛的摩尔浓度为0.6mol/L～0.9mol/L。
2.根据权利要求1所述的单分散多孔碳球的制备方法，其特征在于，所述碱选自氨水、KOH和NaOH中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的单分散多孔碳球的制备方法，其特征在于，所述碱为氨水。
4.一种由权利要求1～3任一项所述的制备方法制备的单分散多孔碳球，其特征在于，所述单分散多孔碳球的粒径为200nm～2μm。
CN201810644097.8A 2018-06-21 2018-06-21 一种单分散多孔碳球及其制备方法 Active CN108584908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810644097.8A CN108584908B (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种单分散多孔碳球及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810644097.8A CN108584908B (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种单分散多孔碳球及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108584908A CN108584908A (zh) 2018-09-28
CN108584908B true CN108584908B (zh) 2020-04-10

Family

ID=63628535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810644097.8A Active CN108584908B (zh) 2018-06-21 2018-06-21 一种单分散多孔碳球及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108584908B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110937588B (zh) * 2019-12-10 2021-06-15 沈阳农业大学 用于固定化酶的分级孔炭微球载体及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103680995A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 福州大学 用于超级电容器的介孔碳/RuO2复合材料及制备方法
CN104892874A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 上海师范大学 具有弯曲型孔道的有序介孔高分子纳米球、其制法及应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103680995A (zh) * 2013-12-26 2014-03-26 福州大学 用于超级电容器的介孔碳/RuO2复合材料及制备方法
CN104892874A (zh) * 2015-05-25 2015-09-09 上海师范大学 具有弯曲型孔道的有序介孔高分子纳米球、其制法及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aqueous-phase synthesis of nitrogen-doped ordered mesoporous carbon nanospheres as an efficient adsorbent for acidic gases;Aibing Chen et al.;《Carbon》;20140811;第80卷;第20页第2.1节 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108584908A (zh) 2018-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112038648B (zh) 一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用
CN106622326B (zh) 一种核壳型氮化碳材料及其制备方法
CN107954483B (zh) 一种α相氢氧化镍超薄纳米片及其制备方法
Yuan et al. Transesterification of dimethyl oxalate with phenol over nitrogen-doped nanoporous carbon materials
CN110950317A (zh) 一种有序介孔碳及其水热制备方法
CN104986742A (zh) 一种类珠链状石墨化氮化碳纳米材料及其制备方法
CN109735963B (zh) 一种氮化碳纳米纤维的制备方法及其应用
CN101293674A (zh) 纺锤状α－Fe2O3纳米粉体的制备方法
CN108569697A (zh) 一种用于超级电容器电极材料的氮掺杂微孔碳球及其制备方法
CN103554547B (zh) 一种氨基功能化介孔高分子纳米小球及其制备方法
CN108996557B (zh) 一种空心球结构氧化镍/氧化铜复合纳米材料及其制备方法
CN105565296A (zh) 一种单次高产量制备粒径为100～800nm的单分散氮掺杂有序介孔碳球的方法
CN108584908B (zh) 一种单分散多孔碳球及其制备方法
CN101293675B (zh) 六方圆盘状α-Fe2O3纳米粉体的制备方法
CN112898545A (zh) 一种制备聚乳酸纳米材料的无溶剂绿色方法
CN113694914A (zh) 一种mof/石墨烯量子点纳米复合光催化剂的制备方法
CN103030134A (zh) 有序介孔碳-二氧化锆复合材料及其制备方法
CN109675507B (zh) 一种微米级密胺树脂球的制备方法
CN103586076B (zh) 一种负载型磷钨酸催化剂及其制备方法和应用以及乙酸乙酯的制备方法
CN115155645B (zh) Co@HCN催化剂在邻甲酚加氢制邻甲基环己醇中的应用
CN115155554B (zh) 一种纳米中空介孔碳球负载铂纳米颗粒催化剂及制备方法
CN115181265B (zh) 一种亚甲基修饰共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用
CN113861496B (zh) 一种聚酰亚胺/碳量子点/硫化锌量子点复合气凝胶及其制备方法
US11623210B2 (en) Method for preparing silicate/carbon composite from attapulgite, and use of silicate/carbon composite
CN111715257B (zh) Co2环加成反应催化剂、其制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200528

Address after: 528000 One of the Sixth West Tongqing Avenue, Caoban, Dali Town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province

Patentee after: Guangdong Weihe New Materials Technology Co., Ltd.

Address before: 410000 room 29, friendship village, Yuelu District, Changsha, Hunan

Patentee before: Xia Hui

TR01 Transfer of patent right