[发明专利]一种低温制备介孔碳化硅材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温制备介孔碳化硅材料的方法，属于无机化学和材料合成技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)又称金钢砂或耐火砂，鉴于其硬度很大，且具有化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等特点，所以在很多领域都有广泛的应用，如功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料等。随着科学技术的发展，碳化硅材料在其他领域的应用研究也日益受到人们关注，如可利用其较大的禁带宽度制备出可发射蓝光的发光二极管；可利用其耐高温的特性制备出可抵抗高温的催化剂载体材料；甚至可以制备出在恶劣条件下，可以正常工作的半导体材料等。正因如此，作为一种具有广泛应用前景的功能材料，碳化硅的合成和制备技术，已成为目前材料领域研究的热点。

目前，工业上制备SiC材料的主要方法是将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反应。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色；此外，还可在高温下，使用高纯硅与碳黑直接发生反应，得到高纯度SiC；另外，聚碳硅烷或三氯甲基硅等有机硅聚合物在1200～1500℃范围内发生分解反应，也可制得亚微米级的SiC。这些合成方法的一个共同特点是都需要进行高温反应，这无疑增加了制备成本，非常不利于该材料在工业中的实际应用。另一方面，高温过程会破坏SiC材料的结构，所以想要得到大比表面积的SiC材料十分困难。因此，如何通过较温和的合成工艺流程制备SiC材料也成为了一个亟待解决的问题。鉴于此，本发明在低温条件下，合成了介孔SiC材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温条件下制备介孔SiC材料的方法。

本发明是一种低温制备介孔碳化硅材料的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a.取一定量的介孔二氧化硅SBA-15或KIT-6、蔗糖、硫酸和去离子水相混合，介孔二氧硅、蔗糖、硫酸和去离子水四者的质量比为1∶0.71∶0.14∶3；先在100℃下处理6小时，再在160℃下处理6小时；接着在500～750℃下并在氮气保护下碳化6小时，使蔗糖碳化，得到介孔二氧化硅中填充有碳的复合物；该复合物简称为C/SBA-15或C/KIT-6；

b.然后将Mg粉与上述的C/SBA-15或C/KIT-6以质量比1∶2相混合，并在500～700℃下在氮气保护下反应6小时；

c.将所得产物在10％HF水溶液中清洗3～5小时，然后在2～4M的HNO₃水溶液中清洗6～8小时；经过滤、洗涤、烘干后，即制得介孔SiC材料。

所述的介孔二氧化硅SBA-15或KIT-6为传统常规工艺方法制得；主要为由三嵌段高聚物P123在盐酸水溶液中溶解后加入硅酸乙酯，经搅拌后，装入塑料瓶中于90～100℃老化1～2天，最后将产物过滤、洗涤、烘干并在550～600℃上煅烧6小时，最终得到介孔二氧化硅材料SBA-15或KIT-6。

SBA-16和KIT-6为两种有序介孔二氧化硅的标准代号，两者都具有有序孔道结构。由于两者的制备方法有所不同，所以其结构不同，SBA-15是2d六方结构，而KIT-6呈3d立方结构。

本发明的特点如下所述：本发明采用介孔二氧化硅SBA-15或KIT-6既作为模板又作为反应物，制备出了具有多孔结构的SiC材料；使用镁粉做还原剂，在反应过程中，镁粉先将SBA-15或KIT-6还原成单质硅，刚生成的单质硅，其活性很大，在较低的温度下就可以与填充在SBA-15或KIT-6孔道中的碳发生反应生成SiC，很大程度上降低了制备温度；较低的制备温度，使SBA-15或KIT-6的孔道结构得以保留。本发明制得的介孔SiC材料的比表面积可达300m²/g以上。

附图说明

图1为本发明实施例1和实施例2制得的SiC介孔材料的XRD图谱。

图2为本发明实施例1和实施例2制得的SiC介孔材料的TEM照片。

图3为本发明实施例1和实施例2制得的SiC介孔材料及对应的介孔二氧化硅的红外谱图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1：具体步骤如下：

1.将介孔二氧化硅SBA-15、蔗糖、H₂SO₄和去离子水，按照质量比1∶0.71∶0.14∶3混合，在100℃温度下处理6小时，再在160℃处理6小时，接着在700℃，氮气保护下碳化6小时，制得C/SBA-15。