[发明专利]一种利用硅藻土制备多孔碳化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物的制备方法，尤其涉及一种利用硅藻土制备多孔碳化硅的方法。

背景技术

硅藻土是一种硅质岩石，是由硅藻死亡后经过1至2万年左右的堆积期形成的，主要分布在中国、美国、丹麦、法国、苏联、罗马尼亚等国。硅藻土化学成份主要是SiO₂，含有少量Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、P₂O₅和有机质。SiO₂通常占80%以上，最高可达94%。硅藻土具有一些独特的性能，如多孔性、比表面积大、化学稳定性好等，在对原土进行粉碎、分选、煅烧、气流分级、去杂等加工工序改变其粒度分布状态及表面性质后，可适用于多种工业要求。硅藻土是一种十分重要的非金属矿产。目前广泛应用于化工生产中的触媒载体，油漆、橡胶、造纸中的填充料，食品工业中的过滤、漂白剂，隔热、隔音材料，以及石油精炼、陶瓷、玻璃、钢铁、冶金热处理等。

碳化硅（SiC）又称金刚砂或耐火砂，是一种重要的半导体材料，一般通过二氧化硅与碳在1200 ℃以上的高温中冶炼而成。碳化硅的结构稳定，硬度很大，具有优异的导热和导电、耐火、耐热和耐腐蚀性能。目前碳化硅在有色金属冶炼工业、钢铁行业、冶金选矿行业、建材陶瓷、节能工业以及吸波材料领域都具有重要的用途。目前市售碳化硅一般具有较小的比表面积，从而限制了其广泛应用。因此，如何提高碳化硅的多孔性也是研究的重点的难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用硅藻土制备多孔碳化硅的方法。

利用硅藻土制备多孔碳化硅的方法的步骤如下：

1)将10克天然硅藻土与1～5克碳原料充分混合研磨，得到碳硅混合物；

2)将碳硅混合物与1～5克金属还原剂粉末充分混合，并放入炉中，隔绝空气或在惰性气体的保护下500～800度煅烧15～120 min；

3)将步骤2）的产物加入到0.05～1 M的非氧化性酸溶液中，浸泡15～120 min；经离心分离，水洗，固相烘干后，得到多孔碳化硅粉末。

所述的硅藻土为天然产出的硅质岩石，其主要成分为无定形SiO₂；所述的碳原料为碳纤维、炭黑、活性炭、碳纳米管、乙炔黑、膨胀石墨或石墨烯中的一种或几种；所述的金属还原剂粉末为金属镁、金属铝或金属锌粉末中的一种或几种；所述的惰性气体为氮气、二氧化碳或氩气；所述的非氧化性酸为盐酸、磷酸、醋酸或稀硫酸。

本发明提出的利用硅藻土制备多孔碳化硅的方法充分利用天然硅藻土为原材料，价格低廉，制备工艺流程非常简单，设备投资成本低。制得的碳化硅粉体呈多孔分布，密度低，吸附性能强，在吸波材料、水处理剂、金属冶炼等领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

碳化硅是一种重要的半导体材料，结构稳定，硬度很大，具有优异的导热和导电、耐火、耐热和耐腐蚀性能。目前碳化硅在有色金属冶炼工业、钢铁行业、冶金选矿行业、建材陶瓷、节能工业以及吸波材料领域都具有重要的用途。

利用硅藻土制备多孔碳化硅的方法的步骤如下：

1)将10克天然硅藻土与1～5克碳原料充分混合研磨，得到碳硅混合物；

2)将碳硅混合物与1～5克金属还原剂粉末充分混合，并放入炉中，隔绝空气或在惰性气体的保护下500～800度煅烧15～120 min；

3)将步骤2）的产物加入到0.05～1 M的非氧化性酸溶液中，浸泡15～120 min；经离心分离，水洗，固相烘干后，得到多孔碳化硅粉末。

所述的硅藻土为天然产出的硅质岩石，其主要成分为无定形SiO₂；所述的碳原料为碳纤维、炭黑、活性炭、碳纳米管、乙炔黑、膨胀石墨或石墨烯中的一种或几种；所述的金属还原剂粉末为金属镁、金属铝或金属锌粉末中的一种或几种；所述的惰性气体为氮气、二氧化碳或氩气；所述的非氧化性酸为盐酸、磷酸、醋酸或稀硫酸。

本发明具体的反应方程式如下：

SiO₂ + C + 2Mg →SiC + 2MgO

3SiO₂ + 3C + 4Al → 3SiC + 2Al₂O₃

SiO₂ + C + 2Zn → SiC + 2ZnO