CN111892069B - 一种针状C-Na2CO3的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针状C‑Na2CO3的制备方法，具体包括前处理过程和后处理过程；前处理时先将钠型强酸性苯乙烯树脂用无水乙醇浸泡，用去离子水进行洗涤后，依次用5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠进行酸碱处理，去离子水洗涤至中性，干燥处理后得到前驱体；后处理时将前躯体装入瓷舟，放入管式炉进行煅烧炭化得到针状C‑Na2CO3。本发明以一步法再经炭化制备C‑Na2CO3纳米材料，制备工艺简单，反应条件温和，生产周期短，制备效率有明显提升；产品的形貌呈针状且排列有序。

Description

一种针状C-Na2CO3的制备方法
技术领域
本发明属于碳材料技术领域，特别涉及一种针状C-Na2CO3的制备方法。
背景技术
离子交换树脂是一类带有功能基的高分子化合物。根据树脂所带的可交换的离子性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。阳离子交换树脂是一类骨架上连接有磺酸基团（-SO3H）或羧酸基团（-COOH）等酸性功能基团的聚合物。将离子交换树脂浸渍于水中时，交换基团发生电离。阴离子交换树脂是指在树脂骨架R-上接上例如季胺酸（-N(CH3)3OH）、伯胺基（-NH(CH3)2OH），仲胺酸（-NH2(CH3)OH），叔胺酸（-NH3OH）的聚合物。
Du等人利用聚苯乙烯离子强碱性阴离子交换树脂，吸附了K3[Fe(CN)6]，在氮气氛围下碳化4h，从而得到具有较高石墨化度、大比表面积的活性炭。
Bratek等人用废的离子交换树脂在不同升温速率下碳化得到了不同类型的球形多孔碳，碳化过程中树脂的中孔和大孔结构坍塌重新生成了大量的微孔，经CO2活化后，进一步转化为微孔和中孔。
Meng等人用离子交换树脂作为碳源，利用固态热解法制备高度石墨化的纳米碳，通过改变树脂的类型，吸附的金属种类以及树脂和金属的交联方式来调控碳的形貌。
但是，现有的制备工艺普遍较为复杂，生产周期较长，制备效率较低，关于一步法制备石墨烯碳纳米材料的研究还比较少。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无需模板，工艺简便，生产周期短的针状C-Na2CO3的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种针状C-Na2CO3的制备方法，具体包括前处理过程和后处理过程；
前处理：将钠型强酸性苯乙烯树脂用无水乙醇浸泡、用去离子水进行洗涤后，依次用5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠进行酸碱处理得到前驱体，去离子水洗涤至中性，干燥处理后得到前驱体；
后处理：将前躯体装入瓷舟，放入管式炉进行煅烧炭化得到针状C-Na2CO3。
进一步地，前处理过程中，钠型强酸性苯乙烯树脂与5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠的体积比为1：（1~5）：（1~5）：（1~5）。
进一步地，前处理过程中，所述钠型强酸性苯乙烯树脂在无水乙醇中的浸泡时间为8~12 h。
进一步地，后处理过程中，是在氩气气氛下进行煅烧，煅烧的温度为550-900℃，煅烧时间为1-4 h。
作为优选，前处理过程中，钠型强酸性苯乙烯树脂与5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠的体积比为1：3：3：3。
作为优选，后处理过程中，煅烧温度为850℃，煅烧时间为2 h。
作为优选，前处理过程中，钠型强酸性苯乙烯树脂在无水乙醇中浸泡的时间为10h。
经过大量的实验发现：如果钠型强酸性苯乙烯树脂在无水乙醇中的浸泡时间小于8 h，当钠型强酸性苯乙烯树脂与盐酸、超纯水、氢氧化钠的体积比为1：X1：X2：X3（X1=X2=X3），且x＜1.0时，所制得的样品会产生其他杂质；当x＞5 时，合成的纳米材料容易团聚在一起；如果煅烧温度低于550℃或煅烧时间少于2 h，样品炭化不完全且伴有杂质产生；若煅烧温度高于900℃或煅烧时间大于4 h，则会发生团聚。
有益效果是：
本发明以一步法再经炭化制备了C-Na2CO3纳米材料，制备工艺简单，反应条件温和，生产周期短，制备效率有明显提升；
制备出的C-Na2CO3纳米材料的形貌具有一定的规律性，呈针状，可加大材料的比表面积，暴露出更多的活性位点，进而有效提升材料的电化学性能。
附图说明
图1为实施例1制得的C-Na2CO3的XRD图；
图2为实施例1制得的C-Na2CO3的SEM形貌图。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
需要说明的是本发明所提供的实施例仅是为了对本发明的技术特征进行有效的说明，所述的左侧、右侧、上端、下端等定位词仅是为了对本发明实施例进行更好的描述，不能看作是对本发明技术方案的限制。
实施例1
C-Na2CO3纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）前驱体的制备：称取2.0005 g的钠型强酸性苯乙烯树脂浸泡于无水乙醇中10h，然后用去离子水反复洗涤至洗出液澄清；然后依次用盐酸、超纯水、氢氧化钠进行洗涤三次，其中钠型强酸性苯乙烯树脂与盐酸（5％）、超纯水、氢氧化钠（5％）的体积比为1：3：3：3；最终用去离子水洗涤至溶液呈中性，然后放入烘箱中70℃进行干燥处理后得到前驱体。
（2）C-Na2CO3纳米材料的制备：将前驱体放置于瓷舟中，在通Ar的条件下，从室温以5℃/min的速率加热到850℃，煅烧2 h，制得样品C-Na2CO3。
对本实施例所制得的产品C-Na2CO3进行X射线衍射，所得XRD谱图如图1所示，对比标准卡，由图1可知，经过炭化后，在26.2°、42.2°处有石墨烯对应的衍射峰，在23.8°、33.4°、34.4°、42.2°、48.7°处有Na2CO3对应的衍射峰。
实施例2
C-Na2CO3纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）前驱体的制备：称取2.0005 g的钠型强酸性苯乙烯树脂浸泡于无水乙醇中8h，然后用去离子水反复洗涤至洗出液澄清；然后依次用盐酸、超纯水、氢氧化钠进行洗涤三次，其中钠型强酸性苯乙烯树脂与盐酸（5％）、超纯水、氢氧化钠（5％）的体积比为1：1：1：1；最终用去离子水洗涤至溶液呈中性，然后放入烘箱中70℃进行干燥处理后得到前驱体。
（2）C-Na2CO3纳米材料的制备：将前驱体放置于瓷舟中，在通Ar的条件下，从室温以5℃/min的速率加热到550℃，煅烧4 h，制得样品C-Na2CO3。
实施例3
C-Na2CO3纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）前驱体的制备：称取2.0005 g的钠型强酸性苯乙烯树脂浸泡于无水乙醇中9.5h，然后用去离子水反复洗涤至洗出液澄清；然后依次用盐酸、超纯水、氢氧化钠进行洗涤三次，其中钠型强酸性苯乙烯树脂与盐酸（5％）、超纯水、氢氧化钠（5％）的体积比为1：2：2：2；最终用去离子水洗涤至溶液呈中性，然后放入烘箱中70℃进行干燥处理后得到前驱体。
（2）C-Na2CO3纳米材料的制备：将前驱体放置于瓷舟中，在通Ar的条件下，从室温以5℃/min的速率加热到650℃，煅烧3 h，制得样品C-Na2CO3。
实施例4
C-Na2CO3纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）前驱体的制备：称取2.0005 g的钠型强酸性苯乙烯树脂浸泡于无水乙醇中10.5 h，然后用去离子水反复洗涤至洗出液澄清；然后依次用盐酸、超纯水、氢氧化钠进行洗涤三次，其中钠型强酸性苯乙烯树脂与盐酸（5％）、超纯水、氢氧化钠（5％）的体积比为1：4：4：4；最终用去离子水洗涤至溶液呈中性，然后放入烘箱中70℃进行干燥处理后得到前驱体。
（2）C-Na2CO3纳米材料的制备：将前驱体放置于瓷舟中，在通Ar的条件下，从室温以5℃/min的速率加热到700℃，煅烧2.5 h，制得样品C-Na2CO3。
实施例5
C-Na2CO3纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）前驱体的制备：称取2.0005 g的钠型强酸性苯乙烯树脂浸泡于无水乙醇中12h，然后用去离子水反复洗涤至洗出液澄清；然后依次用盐酸、超纯水、氢氧化钠进行洗涤三次，其中钠型强酸性苯乙烯树脂与盐酸（5％）、超纯水、氢氧化钠（5％）的体积比为1：5：5：5；最终用去离子水洗涤至溶液呈中性，然后放入烘箱中70℃进行干燥处理后得到前驱体。
（2）C-Na2CO3纳米材料的制备：将前驱体放置于瓷舟中，在通Ar的条件下，从室温以5℃/min的速率加热到900℃，煅烧1 h，制得样品C-Na2CO3。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (4)

1.一种针状C-Na2CO3的制备方法，其特征在于，具体包括前处理过程和后处理过程；
前处理：将钠型强酸性苯乙烯树脂用无水乙醇浸泡，用去离子水进行洗涤后，依次用5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠进行酸碱处理，去离子水洗涤至中性，干燥处理后得到前驱体；
后处理：将前躯体装入瓷舟，放入管式炉进行煅烧炭化得到针状C-Na2CO3；
前处理过程中，钠型强酸性苯乙烯树脂与5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠的体积比为1：（1~5）：（1~5）：（1~5）；钠型强酸性苯乙烯树脂在无水乙醇中的浸泡时间为8~12 h；
后处理过程中，是在氩气气氛下进行煅烧的，煅烧的温度为550-900℃，煅烧时间为2-4h。
2.如权利要求1所述的一种针状C-Na2CO3的制备方法，其特征在于，前处理过程中，钠型强酸性苯乙烯树脂与5％盐酸、超纯水、5％氢氧化钠的体积比为1：3：3：3。
3.如权利要求1所述的一种针状C-Na2CO3的制备方法，其特征在于，前处理过程中，钠型强酸性苯乙烯树脂在无水乙醇中浸泡的时间为10 h。
4.如权利要求1所述的一种针状C-Na2CO3的制备方法，其特征在于，后处理过程中，煅烧温度为850℃，煅烧时间为2 h。
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