[发明专利]活性炭纤维负载有序介孔二氧化硅复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭纤维复合材料技术领域，具体涉及一种活性炭纤维负载有序介孔二氧化硅的新型微介孔复合材料及其制备方法。

背景技术

活性炭纤维（Activated Carbon Fiber，简称ACF）是20世纪70年代后期随着碳纤维工业发展起来的一种新型高效活性吸附和环保工程材料，因其具有丰富的微孔，比表面积大、吸附速率快、能力强、效率高，成为当今国际上多孔吸附分离材料研究的热点。活性炭纤维在化学化工、环境保护、资源回收和医疗军工等领域均显示出良好的应用前景，并且已经成功应用于气液相吸附、溶剂回收、废水废气净化、电极材料等方面，具有广阔的应用前景。

有序介孔二氧化硅是一类重要的多孔材料，介孔材料的出现是分子筛和多孔材料发展史上的一次飞跃， 而有序介孔二氧化硅分子筛（MCM-41）的成功合成，被认为是有序介孔材料合成的真正开始。有序介孔材料的孔道结构从一维到三维规则有序，孔径分布很窄，孔径在2nm到50nm连续可调节。有序介孔二氧化硅具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，是良好的催化剂和载体，用于化学分离和高分子的合成等。有序介孔材料目前虽然没有获得大规模的工业化应用，但其优异的特性使其吸引了物理、化学和材料学界的高度重视，迅速发展成为跨学科的研究热点，其在化学工业、生物医药、功能材料等方面具有极大的潜力。

粘胶基活性炭纤维与有序介孔二氧化硅是发展成熟的两种各有特点的多孔吸附材料，将二者结合形成的复合材料如果能够继续保持二者的特点，尤其是在孔结构上形成微-介孔结构，取各自所长，补各自所短，必然在液相中的吸附性能产生新的变化。

发明内容

活性炭纤维具有丰富的微孔结构，比表面积很大，吸附能力强，而介孔二氧化硅分子筛主要是介孔，比表面积较小。合成的微介孔材料取两者所长，具有微孔和介孔，材料的孔结构更丰富，在液相中对大分子和小分子都有吸附能力，解决了活性炭纤维在液相仅仅对小分子化合物吸附能力强，吸附性能单一，介孔材料吸附能力弱的问题。本发明的目的在于提供了一种新型活性炭纤维负载有序介孔二氧化硅复合材料的制备方法，改善活性炭纤维的液相吸附性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种活性炭纤维负载有序介孔二氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）活性炭纤维的预处理：

将适量活性炭纤维置于100-1000 毫升蒸馏水中煮沸2-4 h，取出后用蒸馏水充分冲洗，于60-105℃烘箱中烘干备用。

（2）介孔二氧化硅合成液的制备：

MCM-41合成液配方及制备方法：2.5-50 克 CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）、50-500 克蒸馏水、13.2-60 克氢氧化铵、60-200 克乙醇、4.7-20 克 TEOS（正硅酸四乙酯）。室温条件下，将CTAB溶于H₂O中，并加入氢氧化铵，磁力搅拌约20-60 min后加入乙醇，继续搅拌，得到澄清溶液。向上述澄清溶液中逐滴加入TEOS，滴加完毕后继续搅拌约2-8 h，得到乳白色溶液，即MCM-41介孔二氧化硅合成液，备用。

SBA-15合成液配方及制备方法：5-50 克 P123（EO₂₀PO₇₀EO₂₀）、20-200 毫升 2-6 M的HCl、10-60 克 TEOS。将P123溶于HCl中，并在35-80℃水浴加热条件下搅拌4-8 h以上，得到无色透明的溶液。逐滴加入TEOS，添加完毕后继续搅拌24-72 h，得到的乳白色溶液即为SBA-15介孔二氧化硅合成液，备用。

（3）有序介孔SiO₂/ACF复合材料的制备：

将一定体积介孔二氧化硅合成液均匀喷洒于一定质量的经预处理的ACF，ACF打卷置入水热反应釜中，放入烘箱反应（100℃×24h）。取出样品，悬垂置于烘箱中干燥（100℃×12h），将烘干样品置入气氛炉，氮气保护，经一定的升温程序高温焙烧获得产物介孔SiO₂/ACF复合材料。通过变换介孔二氧化硅合成液种类可以制备不同类型的有序介孔SiO₂/ACF复合材料（如MCM-41/ACF或SBA-15/ACF）。

优选的，步骤2中所述得焙烧去模板的条件为，复合材料在氮气条件下，在气氛炉中先从室温以1-10℃/min的升温速率升至200-800℃并保持2-5小时去模板。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：