[发明专利]一种制备大孔径介孔碳的简便方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种制备大孔径介孔碳的简便方法，具体涉及一种利用增孔剂控制和提高介孔碳孔径的方法。

背景技术：

介孔碳由于具有较高的比表面积，较好的水热稳定性，疏水性和亲有机物特性等性质，使其在吸附、分离、催化及新型功能材料的开发等领域都有很重要的应用价值。近年来，人们对于大孔径介孔碳材料的合成已经取得了很大的进展。

通过改变模板剂已经合成出了很多具有较大孔径的介孔碳材料。最近，CN101153051A直接采用具有超大分子量疏水段的AB型嵌段共聚物PEO-b-PS作为介孔材料的结构导向剂，合成了材料孔径超过22nm的介孔材料；CN101134567A利用AB型嵌段共聚物PEO-b-PMMA作为介孔材料的结构导向剂，合成壁厚达到6～16nm的介孔材料。CN102380334A采用两嵌段聚合物PDMS-PEO和三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO为混合结构导向剂，合成的介孔碳的孔径范围为5.0～6.2nm。尽管如此，到目前为止，利用ABA型两亲型三嵌段共聚物为模板剂，通过添加扩孔剂来增大介孔碳的孔径，目前还没有文献报道。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种简单易行、成本低廉的制备大孔径介孔碳（孔径范围6～10nm）材料的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种制备大孔径介孔碳的简便方法，它包括以下具体步骤：

步骤1.将含有聚氧乙烯的嵌段共聚物表面活性剂、扩孔剂及乙醇按质量比1:0.5～3:0～3，混合均匀，温度控制在10℃～25℃搅拌1～4小时；

步骤2.将可溶性酚醛树脂加入到步骤（1）中的混合溶液继续进行搅拌2～5小时，可溶性酚醛树脂与含有聚氧乙烯段的嵌段共聚物表面活性剂的质量比为1:1；

步骤3.将步骤2得到的混合溶液通过旋涂或者简单的静置铺膜的方法使挥发性溶剂乙醇挥发完全，若不加乙醇则直接进入下一步；

步骤4.待上述溶剂挥发完全后，将所得的产物置于80～120℃的环境下热聚10～30小时，130～180℃的环境下固化5～25小时，使酚醛树脂固化以得到固定介观结构聚合产物；

步骤5.将步骤4得到的固化的聚合产物置于惰性气体保护下的管式炉中高温碳化除去扩孔剂及表面活性剂，碳化温度为600℃，时间为4小时，碳化后的产物即为大孔径介孔碳材料。

上述的制备大孔径介孔碳的简便方法，步骤1所述的含有聚氧乙烯的嵌段共聚物表面活性剂作为介观结构导向剂，它是具有聚氧乙烯（PEO）强亲水段嵌段的共聚物表面活性剂，它可以是聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（数均分子量为12600）。

上述的制备大孔径介孔碳的简便方法，步骤1所述的扩孔剂为甲苯、二甲苯或三甲苯中的一种。

上述的制备大孔径介孔碳的简便方法，步骤2所述的可溶性酚醛树脂为碳材料前驱体，它的数均分子量为200～500，反应物料为苯酚、甲酚或二甲酚中的一种和甲醛、糠醛、乙醛或水杨酸中的一种，反应物料苯酚与甲醛的摩尔比为1:（0.8～3），反应温度为65～85℃，反应时间为0.5～3小时，反应体系的pH为7～11，反应所用催化剂为NaOH。

上述的制备大孔径介孔碳的简便方法，所述的步骤1和步骤2可以合并，即在步骤1中同时加入可溶性酚醛树脂，一同搅拌。

本发明中，利用表面活性剂的増溶原理，在低温条件下加入扩孔剂使表面活性剂的疏水内核膨胀从而增大介孔碳的孔径，同时因为混合物的浓度很高更加有利于扩孔剂进入胶束内部。

本发明与现有技术相比具有如下特点

（1）不用额外合成嵌段共聚物，得到的大孔径介孔碳孔径可以控制在6～10nm之间。

（2）合成的介孔碳的孔结构保持完整，孔径比较规则，孔道为六方有序排列结构，孔径分布较窄。

（3）原料易得，过程简单，操作方便，成本低廉。

附图说明：

图1为本发明方法制得的大孔径介孔碳的TEM图。

具体实施方式：

实施例1