[发明专利]一种多维-多级孔SiO2/C复合粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔复合粉体技术领域。具体涉及一种多维-多级孔SiO₂/C复合粉体及其制备方法。

背景技术

多孔材料以其优异的性能在各个领域得到了广泛的应用，但由于单一孔材料存在明显的缺陷，所以人们致力于研究将各种孔材料优点结合起来的材料，即多级孔材料。多级孔材料是指材料中具有两级或两级以上的复合孔材料，例如：介孔复合材料；微孔-大孔复合材料；介孔-大孔复合材料；微孔-介孔-大孔复合材料。多级孔材料因其优异的特性及其在生物领域中广阔的应用前景，成为人们的研究热点之一。

近年来，多级孔材料的研究和制备虽然取得了很大的进展，但仍存在一些未解决的问题，如形貌难以控制、模板成本较高、操作程序复杂、不同模板剂之间的竞争作用难以控制等（李娜，多级孔结构介孔二氧化硅的合成及其性能研究，南开大学，博士学位论文，2012年05月）。研究还发现，利用一维材料对多孔材料进行修饰，可以极大的提高多孔材料的性能，如LIU等（Yonggang Jin, Stephen C. Hawkins, Chi P. Huynh and Shi Su. Carbon nanotube modified carbon composite monoliths as superior adsorbents for carbon dioxide capture[J].Energy Environ. Sci., 2013, 6, 2591–2596）利用一维的碳纳米管增大多孔炭材料的比表面积，增加其吸附能力。但目前多维复合材料的制备一般是机械的将一维（或二维）材料混合进基体三维多孔材料中而制备得出，制备工艺复杂，一维（或二维）材料的预制备增加了成本，且难以在多孔材料中均匀分布，材料性能不稳定。

    稻壳是大米加工的主要副产物，约占稻谷重量的20%。我国是世界上最大的稻谷生产国，稻壳来源广泛，且价格便宜。国内外对稻壳的综合利用虽进行了广泛的研究，但真正能够形成规模生产、大量有效利用稻壳的途径并不多，或是经济效益不显著、增值不大，或是在工艺上、技术上、质量上、环境污染等方面还存在一些问题。如“一种稻壳制备活性炭的方法”（CN201010570920.9））专利技术，公开了一种利用稻壳、氧化锌、稀盐酸、氢氧化钠为原料生产活性炭的方法，该方法缺陷主要体现在氧化锌用量大和成本高，稻壳经高温活化后后含碳量低，故而活性炭的产量低；又如“利用稻壳制备高纯硅的方法”（CN20101027008.6）专利技术，公开了一种利用稻壳制备高纯硅的方法，该方法工艺复杂，工艺中还需1000~2000℃的高温处理，附加值低和成本高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺简单、环境友好和适合于工业化生产的制备多维-多级孔复合粉体的方法。用该方法制备的多维-多级孔SiO₂/C复合粉体具有一维/三维复合、多维/多级孔原位形成、比表面大和附加值高的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一、稻壳的酸处理

将稻壳置于浓度为1~15wt%的盐酸、硫酸或草酸的溶液中，在90~100℃条件下水浴1~2h，过滤；再用水清洗稻壳至清洗液的pH值为6~8，过滤；然后在80~100℃条件下保温24~30h，得到酸处理稻壳。

步骤二、稻壳的预处理

按酸处理稻壳与氯化锌的水溶液质量比为1︰(8~20)将酸处理稻壳加入氯化锌的水溶液中，在室温和常压条件下放置24~72h，然后在80~100℃条件下保温36~144h，得到预处理稻壳。

步骤三、稻壳的再处理

按预处理稻壳与含镍的有机配合物中镍元素的质量比为1︰(0.0005~0.005)，将预处理稻壳加入到含镍的有机配合物的溶液中，在室温和常压条件下放置20~24h，然后在80~100℃条件下保温24~30h，得到再处理稻壳。

步骤四、稻壳的高温处理

将再处理稻壳在氩气和800~1300℃条件下保温3~4h、或在氮气和800~1300℃条件下保温3~4h，得到多维-多级孔SiO₂/C复合粉体。

所述氯化锌的水溶液的浓度为5~30wt%。

所述含镍的有机配合物为邻苯二甲酸根桥连镍的有机配合物、丁二酮肟镍的有机配合物、L-半胱氨酸镍的有机配合物、四氮杂大环四烯镍配合物、吡啶-2-甲醛肟与镍的有机配合物中的一种。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：