CN112758910B - 一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用 - Google Patents
一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112758910B CN112758910B CN201911067630.XA CN201911067630A CN112758910B CN 112758910 B CN112758910 B CN 112758910B CN 201911067630 A CN201911067630 A CN 201911067630A CN 112758910 B CN112758910 B CN 112758910B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- pore
- mesoporous carbon
- water
- carbon nanospheres
- 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
Links
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 63
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 claims abstract description 40
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 29
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 11
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 1,3,5-trimethylbenzene Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinyl group Chemical group C1(O)=CC(O)=CC=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CWLKGDAVCFYWJK-UHFFFAOYSA-N 3-aminophenol Chemical compound NC1=CC=CC(O)=C1 CWLKGDAVCFYWJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229940018563 3-aminophenol Drugs 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N monobenzene Natural products C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 2
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 description 18
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 2,6-dihydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1C=O DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 10
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 3
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N trifluralin Chemical compound CCCN(CCC)C1=C([N+]([O-])=O)C=C(C(F)(F)F)C=C1[N+]([O-])=O ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920002503 polyoxyethylene-polyoxypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本申请公开了一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。本申请通过将模板剂溶解于水醇溶液中，在所述溶液中加入扩孔剂，并调节pH值为碱性，得到分散液II；在所述分散液II中加入酚类聚合物单体和甲醛，在25～70℃下搅拌进行聚合反应，反应结束后分离、洗涤、干燥，碳化，得到所述介孔纳米炭球；所述模板剂为两性聚合物；所述扩孔剂为疏水有机物；该方法具有操作简单、成本低廉、产量较高、产品均匀、产出稳定等优点，具有商品化前景；本申请制得的介孔纳米炭球的孔道为垂直孔道，呈现从内到外的放射状，其直径在150～200nm左右，且所制得的介孔纳米炭球具有优良的物理和化学性质，使其适宜在吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送等领域中应用。
Description
技术领域
本申请涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用。
背景技术
由于多孔炭纳米球具有优良的物理和化学性质，比如较大的表面积、低密度、较高的机械稳定性和化学惰性(耐酸性和碱性环境)、良好的生物相容性和优良的运载能力等，在许多研究领域，比如吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送等都有应用。因此，多孔纳米炭球极具商品化的潜力。
多孔炭纳米球在国内外均有发展，但是合成方法大都较为复杂，在合成过程中往往需要非常多的步骤，而且产量较低，产品形态不稳定，需要的溶剂量多，造成了较大的资源浪费和环境污染，不符合“绿色化学”的原则，更不容易放大生产。
发明内容
根据本申请的第一方面，提供了一种介孔纳米炭球的制备方法，包括：
a)将模板剂溶解于水醇溶液中，得到溶液I；
b)在所述溶液I中加入扩孔剂，并调节pH值为碱性，得到分散液II；其中，模板剂与扩孔剂形成胶束；
c)在所述分散液II中加入酚类聚合物单体和甲醛，在25～70℃下搅拌进行聚合反应，反应结束后分离、洗涤、干燥，得到前驱体I；
d)将所述前驱体I碳化，得到所述介孔纳米炭球；
所述模板剂为两性聚合物；
所述扩孔剂为疏水有机物。
可选地，所述两性聚合物选自聚氧乙烯聚氧化丙烯醚的嵌段共聚物中的至少一种；所述两性聚合物的质量与所述水醇溶液的体积比为0.001～0.1g/mL。
可选地，所述两性聚合物选自F127、F108、P123、F68中的至少一种。
可选地，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.1～10:1，水和醇的体积比上限可选自1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1，水和醇的体积比下限可选自0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1或0.9:1；
可选地，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.6～3:1。
可选地，所述水醇溶液为水和乙醇的混合溶液。
在一具体实施例中，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.1～10:1，以保证聚合物在两性三嵌段共聚物的模板作用下自组装成形态良好的球状结构；为确保形成的球状结构分散更加均匀且具有均一尺寸和均一的垂直孔道，水和乙醇的体积比优选0.6～3:1的比例混合。
可选地，所述疏水有机物选自1～3个甲基取代的苯、C5～C7的烷烃中的至少一种。
可选地，所述疏水有机物选自1,3,5-三甲苯、正己烷、环己烷中的至少一种。
可选地，所述扩孔剂与所述水醇溶液的体积比为0.005～0.1:1。
可选地，所述调节pH值为碱性包括：调节pH值为8～11。
在一可选实施例中，通过加入质量浓度为25％～28％的氨水的方式调节pH值，加入的氨水与所述水醇溶液的体积比为0.005～0.1:1。在另一可选实施例中，通过加入氢氧化钠或氢氧化钾等强碱的方式调节pH值。
可选地，所述酚类聚合物单体为间苯二酚和/或3-氨基酚；所述酚类聚合物单体的质量与所述水醇溶液的体积比为0.01～0.1g/ml。
可选地，所述甲醛的质量浓度为35～40％，所述甲醛与所述酚类聚合物单体的质量比为0.6～5。
可选地，搅拌反应时搅拌速率为100～600rpm、搅拌时间为3～24h。
可选地，所述分离包括：
在5000～10000rpm下离心分离3～5min。
可选地，所述干燥包括：
在60℃条件下，干燥6～24h。
可选地，所述碳化包括：在惰性气氛下，先在250～450℃保温0.5～10h，然后在500～1000℃下，保温3～12h。
可选地，所述惰性气氛包括氮气、氩气或氦气气氛。
可选地，碳化时以0.5～20℃/min的升温速率升温至250～450℃；以0.5～50℃/min的升温速率升温至500～1000℃。
在一可选实施例中，介孔纳米炭球的制备方法包括：
步骤一、两性三嵌段共聚物溶液的制备：
将两性三嵌段共聚物在搅拌条件下溶解于水和乙醇的混合溶剂中，其中两性三嵌段共聚物指同时具有亲水性和憎水性基团的表面活性剂F127，加入量为0.001～1g/mL混合溶剂，所述混合溶剂由水和乙醇按体积比为0.1～10:1的比例混合而成；
步骤二、1,3,5-三甲苯和氨水的加入：
在25～70℃下，加入少量1,3,5-三甲苯和氨水，并搅拌均匀，其中，1,3,5-三甲苯在所述混合溶剂中的含量为5～100μL/mL；
步骤三、间苯二酚和甲醛的加入：
加入间苯二酚到上述溶液中，之后滴加甲醛，在25～70℃下搅拌，其中，间苯二酚在所述混合溶剂中的含量为0.01～0.1g/mL，甲醛与间苯二酚的质量比为0.6～5。
步骤四、样品的分离，清洗后干燥：
反应完成后，离心，并用少量水和乙醇洗涤产品之后置于烘箱干燥，即可得到两性三嵌段共聚物/间苯二酚甲醛树脂复合材料。
步骤五：介孔纳米炭球的制备：
将两性三嵌段共聚物/间苯二酚甲醛树脂复合材料在氮气或氩气保护气氛下，以0.5～20℃/min的升温速率升至250～450℃保温，保温时间为0.5～10h；以0.5～50℃/min的升温速率升至500～1000℃保温，保温时间为3～12h。自然冷却后取出，即可得到介孔纳米炭球。
该方法通过将两性三嵌段共聚物溶于水和乙醇的混合溶剂中形成胶束，加入1,3,5-三甲苯形成乳白色溶液，通过控制反应温度、pH值等条件，在加入酚类聚合物单体和甲醛后形成两性三嵌段共聚物/间苯二酚甲醛树脂复合材料，该材料经高温碳化即可得到介孔纳米炭球
根据本申请的第二方面，提供了上述介孔纳米炭球的制备方法制得的介孔纳米炭球。
根据本申请的第三方面，提供了上述制备方法制得的介孔纳米炭球在吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送中的应用。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请通过将模板剂溶于水醇溶液中形成胶束，加入扩孔剂形成乳白色溶液，通过控制反应温度、pH值等条件，在加入酚类聚合物单体和甲醛后形成模板剂/酚醛树脂复合材料，该材料经高温碳化即可得到介孔纳米炭球；该方法采用水醇溶液并通过调整工艺极大地减少了溶剂用量，避免了试剂浪费和污染；通过以两性聚合物作为模板导向剂，以酚醛树脂作为碳源，利用扩孔剂进一步扩孔，在后续碳化过程中即可除去两性聚合物；因此，该方法具有操作简单、成本低廉、经济环保、产量较高、产品均匀、产出稳定等优点，具有商品化前景；
2)本申请制得的介孔纳米炭球的孔道为垂直孔道，呈现从内到外的放射状，其直径在150～200nm左右，且所制得的介孔纳米炭球具有优良的物理和化学性质，使其适宜在吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送等领域中应用。
附图说明
图1为本发明实施例1条件下制备的介孔纳米炭球的透射电镜图。
图2为本发明实施例1条件下制备的介孔纳米炭球的扫描电镜图。
图3为本发明实施例1条件下制备的介孔纳米炭球的孔径分布图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
其中，表面活性剂F127或F108分别购自Sigma-Aldich公司；
本申请的实施例中分析方法如下：
利用透射电子显微镜(型号HT7700，购买自HITACHI公司)及扫描电子显微镜(型号型号Quanta 200F，购买自FEI公司)进行微观形貌分析；
利用氮吸附比表面积测试仪(型号TriStarⅡ3020，购买自Micromeritics公司)进行孔径及比表面积测试。
实施例1
称取20mgF127溶于7mL水和7mL乙醇的混合溶剂中，在25℃搅拌下加入100μL 1,3,5-三甲苯和155μL氨水，然后加入0.25g间苯二酚和0.15mL甲醛，在200rpm转速下经过3h的持续搅拌，接着在6000rpm转速下离心分离4min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于60℃烘箱干燥20h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以10℃/min的升温速度升到450℃，保温5h，然后再以10℃/min的速率升到1000℃，保持3h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例2
称取40mgF127溶于14mL水和6mL乙醇的混合溶剂中，在25℃搅拌下加入200μL 1,3,5-三甲苯和310μL氨水，然后加入0.5g间苯二酚和0.3mL甲醛，在400rpm转速下经过3h的持续搅拌，接着在8000rpm转速下离心分离3min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于70℃烘箱干燥12h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以4℃/min的升温速度升到450℃，保温4h，然后再以4℃/min的速率升到700℃，保持4h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例3
称取40mgF127溶于12mL水和8mL乙醇的混合溶剂中，在40℃搅拌下加入200μL 1,3,5-三甲苯和310μL氨水，然后加入0.4g间苯二酚和0.3mL甲醛，在7000rpm转速下经过10h的持续搅拌，接着在10000rpm转速下离心分离3min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于80℃烘箱干燥6h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以10℃/min的升温速度升到300℃，保温6h，然后再以10℃/min的速率升到600℃，保持6h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例4
称取20mgF108溶于10mL水和10mL乙醇的混合溶剂中，在50℃搅拌下加入100μL 1,3,5-三甲苯和155μL氨水，然后加入0.25g3-氨基酚和0.15mL甲醛，在6000rpm转速下经过20h的持续搅拌，接着在8000rpm转速下离心分离4min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于60℃烘箱干燥8h。将干燥后的三嵌段共聚物/3-氨基酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升到400℃，保温6h，然后再以5℃/min的速率升到650℃，保持5h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例5
称取40mgF127溶于14mL水和6mL乙醇的混合溶剂中，在50℃搅拌下加入300μL 1,3,5-三甲苯和310μL氨水，然后加入0.5g3-氨基酚和0.3mL甲醛，在600rpm转速下经过24h的持续搅拌，接着在7000rpm转速下离心分离5min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于60℃烘箱干燥12h。将干燥后的三嵌段共聚物/3-氨基酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以10℃/min的升温速度升到450℃，保温6h，然后再以10℃/min的速率升到900℃，保持6h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例6
称取60mgF127溶于22mL水和8mL乙醇的混合溶剂中，在60℃搅拌下加入300μL 1,3,5-三甲苯和450μL氨水，然后加入0.8g3-氨基酚和0.5mL甲醛，在100rpm转速下经过24h的持续搅拌，接着在7000rpm转速下离心分离5min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于70℃烘箱干燥6h。将干燥后的三嵌段共聚物/3-氨基酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以10℃/min的升温速度升到250℃，保温10h，然后再以10℃/min的速率升到750℃，保持8h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例7
称取20mgF108溶于4mL水和6mL乙醇的混合溶剂中，在60℃搅拌下加入100μL 1,3,5-三甲苯和155μL氨水，然后加入0.2g间苯二酚和0.2mL甲醛，在400rpm转速下经过12h的持续搅拌，接着在8000rpm转速下离心分离3min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于60℃烘箱干燥10h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以2℃/min的升温速度升到450℃，保温5h，然后再以2℃/min的速率升到1000℃，保持4h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例8
称取30mgF127溶于20mL水和10mL乙醇的混合溶剂中，在65℃搅拌下加入275μL 1,3,5-三甲苯和475μL氨水，然后加入0.8g间苯二酚和0.6mL甲醛，在500rpm转速下经过15h的持续搅拌，接着在8000rpm转速下离心分离5min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于80℃烘箱干燥10h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以5℃/min的升温速度升到300℃，保温6h，然后再以5℃/min的速率升到1000℃，保持3h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例9
称取40mgF108溶于8mL水和12mL乙醇的混合溶剂中，在70℃搅拌下加入100μL 1,3,5-三甲苯和155μL氨水，然后加入0.3g间苯二酚和1.2mL甲醛，在600rpm转速下经过20h的持续搅拌，接着在8000rpm转速下离心分离4min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于60℃烘箱干燥10h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以10℃/min的升温速度升到450℃，保温6h，然后再以10℃/min的速率升到1000℃，保持6h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例10
称取20mgF127溶于10mL水和10mL乙醇的混合溶剂中，在70℃搅拌下加入100μL 1,3,5-三甲苯和155μL氨水，然后加入0.25g间苯二酚和0.15mL甲醛，在400rpm转速下经过24h的持续搅拌，接着在10000rpm转速下离心分离3min将产物离心出来并使用水和乙醇洗涤两次，最后置于70℃烘箱干燥10h。将干燥后的三嵌段共聚物/间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合物球在氮气氛围下以8℃/min的升温速度升到450℃，保温3h，然后再以8℃/min的速率升到1000℃，保持3h。最后自然降温到室温，即可得到介孔纳米炭球。
实施例11
具体操作同实施例1，区别在于，采用了正己烷作为扩孔剂，得到了与实施例1相似的介孔纳米炭球。
实施例12
具体操作同实施例1，区别在于，采用了3-氨基酚替代间苯二酚，得到了与实施例1相似的介孔纳米炭球。
实施例1制备的介孔纳米炭球的形貌如图1和图2所示，介孔炭球的孔道为垂直孔道，呈现从内到外的放射状，其直径在150～200nm左右。其他实施例提供的介孔纳米炭球形貌与实施例1相似。
性能测试
利用氮吸附比表面积测试仪(型号TriStarⅡ3020，购买自Micromeritics)对各实施例提供的介孔纳米炭球进行性能测试，其中实施例1提供的介孔纳米炭球的孔径分布如图3所示；各实施例得到的介孔纳米炭球的比表面积数据如表1所示：
表1各实施例性能参数表
由此可见，本申请制得的介孔纳米炭球适宜在吸附、分离、催化、能量储存和转换以及药物输送等领域中应用。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (13)
1.一种介孔纳米炭球的制备方法，其特征在于，
包括：
a）将模板剂溶解于水醇溶液中，得到溶液I；
b）在所述溶液I中加入扩孔剂，并调节pH值为碱性，得到分散液II；
c）在所述分散液II中加入酚类聚合物单体和甲醛，在25~70 ℃下搅拌进行聚合反应，反应结束后分离、洗涤、干燥，得到前驱体I；
d）将所述前驱体I碳化，得到所述介孔纳米炭球；
所述模板剂为F127、F108、F68、P123中的至少一种；
所述扩孔剂为疏水有机物；
所述水醇溶液为水和乙醇的混合溶液；
所述模板剂的质量与所述水醇溶液的体积比为0.001~0.1g/mL；
所述介孔纳米炭球具有垂直孔道，呈现从内到外的放射状；
所述介孔纳米炭球的直径为150~200nm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.1~10:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.6~3:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述疏水有机物选自1~3个甲基取代的苯、C5~C7的烷烃中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述疏水有机物选自1,3,5-三甲苯、正己烷、环己烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述扩孔剂与所述水醇溶液的体积比为0.005~0.1:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述调节pH值为碱性包括：调节pH值为8~11。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述调节pH值为碱性的方法为：加入质量浓度为25%~28%的氨水的方式调节pH值，加入的氨水与所述水醇溶液的体积比为0.005~0.1:1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述酚类聚合物单体为间苯二酚和/或3-氨基酚；
所述酚类聚合物单体的质量与所述水醇溶液的体积比为0.01~0.1g/ml；
所述甲醛的质量浓度为35~40%，所述甲醛与所述酚类聚合物单体的质量比为0.6~5。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
步骤c）中，所述搅拌的速率为100~600rpm、搅拌时间为3~24h；
所述分离包括：
在5000~10000rpm下离心分离3~5min；
所述干燥包括：
在50~80℃下，干燥6~24h。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述碳化包括：在惰性气氛下，先在250~450℃保温0.5~10h，然后在500~1000℃下，保温3~12h。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，
所述惰性气氛包括氮气、氩气或氦气气氛。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述碳化包括：以0.5~20ºC/min的升温速率升温至250~450℃；以0.5~50ºC/min的升温速率升温至500~1000℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911067630.XA CN112758910B (zh) | 2019-11-04 | 2019-11-04 | 一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911067630.XA CN112758910B (zh) | 2019-11-04 | 2019-11-04 | 一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112758910A CN112758910A (zh) | 2021-05-07 |
| CN112758910B true CN112758910B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=75692444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911067630.XA Active CN112758910B (zh) | 2019-11-04 | 2019-11-04 | 一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112758910B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115724419B (zh) * | 2021-09-01 | 2024-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一锅法制备中空碳球的方法及应用 |
| CN113842948B (zh) * | 2021-09-24 | 2023-05-23 | 贵州大学 | 一种纳米酚醛树脂基脱硫催化剂及其制备方法 |
| CN113860419A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-12-31 | 景德镇陶瓷大学 | 一种自然光条件下催化降解-吸附有机污染物的方法 |
| CN114011381A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-02-08 | 绍兴海崐新材料科技有限公司 | 一种粒径可调的球形介孔碳的制备方法 |
| CN114524434A (zh) * | 2022-04-09 | 2022-05-24 | 李立欣 | 一种利用空化污泥制备活性炭的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62132715A (ja) * | 1985-12-03 | 1987-06-16 | Kouseinou Jushi Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai | 多孔質炭素材の製法 |
| CN1834203A (zh) * | 2006-03-06 | 2006-09-20 | 复旦大学 | 在水溶液中大比表面积、高度有序的介孔高分子或介孔碳材料的制备方法 |
| JP2007254243A (ja) * | 2006-03-25 | 2007-10-04 | Univ Of Miyazaki | レゾルシノール系ポリマーを前駆体とした中空状炭素粒子とその製造方法および用途 |
| CN101134567A (zh) * | 2007-07-26 | 2008-03-05 | 复旦大学 | 一种高稳定性大孔径有序介孔碳材料及其制备方法 |
| CN102977397A (zh) * | 2011-09-06 | 2013-03-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和介孔炭的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8114510B2 (en) * | 2009-05-20 | 2012-02-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Mesoporous carbon materials |
-
2019
- 2019-11-04 CN CN201911067630.XA patent/CN112758910B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62132715A (ja) * | 1985-12-03 | 1987-06-16 | Kouseinou Jushi Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai | 多孔質炭素材の製法 |
| CN1834203A (zh) * | 2006-03-06 | 2006-09-20 | 复旦大学 | 在水溶液中大比表面积、高度有序的介孔高分子或介孔碳材料的制备方法 |
| JP2007254243A (ja) * | 2006-03-25 | 2007-10-04 | Univ Of Miyazaki | レゾルシノール系ポリマーを前駆体とした中空状炭素粒子とその製造方法および用途 |
| CN101134567A (zh) * | 2007-07-26 | 2008-03-05 | 复旦大学 | 一种高稳定性大孔径有序介孔碳材料及其制备方法 |
| CN102977397A (zh) * | 2011-09-06 | 2013-03-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和介孔炭的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112758910A (zh) | 2021-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112758910B (zh) | 一种介孔纳米炭球及其制备方法和应用 | |
| CN107311144A (zh) | 一种氮掺杂纳米多孔中空碳球的制备方法 | |
| CN104828804B (zh) | 一种多孔碳纳米管‑炭球形复合材料的制备方法 | |
| CN103980506B (zh) | 一种基于聚乳酸–聚乙二醇嵌段共聚物的磁性微球的制备方法 | |
| CN107522894B (zh) | 带有介孔的空心聚合物纳米微球的制备方法及其产品 | |
| CN109786118B (zh) | 一种大规模制备粒径可控的氮氧掺杂碳微球及其制备方法和应用 | |
| CN111569797B (zh) | 一种反蛋白石型大孔/介孔氮掺杂碳微球及其制备方法 | |
| CN112662005B (zh) | 一种聚酯类多孔高分子微球的制备及使用方法 | |
| CN104892851B (zh) | 一种聚合物中空微球的制备方法 | |
| CN106807255B (zh) | 三维结构TiO2-氧化石墨烯纳米复合物原位聚合掺杂聚酰亚胺膜及其制备 | |
| CN105776180B (zh) | 一种纳米级多孔碳微球的制备方法 | |
| CN114471491A (zh) | 一种生物炭负载炭气凝胶纳米微球及其制备方法和应用 | |
| Chen et al. | A simple and efficient route to prepare inorganic hollow microspheres using polymer particles as template in supercritical fluids | |
| Huang et al. | Synthesis of monodisperse hollow polymer microspheres with functional groups by distillation precipitation polymerization | |
| CN109776873B (zh) | 乳液溶剂挥发法制备大孔聚合物微球 | |
| CN104892874B (zh) | 具有弯曲型孔道的有序介孔高分子纳米球、其制法及应用 | |
| CN109675507B (zh) | 一种微米级密胺树脂球的制备方法 | |
| CN112778569A (zh) | 鸟巢状聚合物碗、多孔炭碗及其制备方法与应用 | |
| CN112357905B (zh) | 一种氮掺杂介孔炭纳米球材料及其制备方法与应用 | |
| JPH0513168B2 (zh) | ||
| CN114773515A (zh) | 一种亚微米级羧基功能化聚苯乙烯微球的制备方法 | |
| CN115724419B (zh) | 一锅法制备中空碳球的方法及应用 | |
| CN112499615B (zh) | 一种纳米聚合物环、纳米炭环及其制备方法 | |
| CN113718346A (zh) | 一种改性二氧化硅、铸膜液和纤维膜及其制备方法和应用 | |
| CN112850721B (zh) | 一种白炭黑颗粒及其制备方法和应用 |
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 |