[发明专利]一种介孔碳/硅复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体设计一种介孔碳/硅复合材料的制备方法.

背景技术

介孔碳材料由于其较大的比表面积和孔容、可调的孔径结构、较高的导电性、机械强度和化学稳定性，在溶菌酶、细胞色素c、脂肪酶等生物酶分子固定化方面获得广泛的应用.介孔纳米复合材料的制备，不仅可以丰富介孔材料的种类，而且相对于单一元素的介孔材料来说，可以改善其性能，有效增加其应用价值.介孔碳/硅复合材料是一种重要的介孔纳米复合材料，介孔碳体系中硅组分的加入，可以增加介孔孔壁表面不饱和基团的数量，提高介孔材料的可修饰性，进而通过有机基团的修饰引起酶分子在介孔材料中固定效率和固定化强度的增加.此外，介孔体系中的硅组分还可以提高单一介孔碳材料的稳定性，避免其在焙烧和使用过程中骨架收缩严重、易坍塌、孔径小等缺点，提高其在酶固定催化过程中的使用范围和次数.

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、操作方便、且重复性强的介孔碳/硅复合材料的制备方法.

本发明所提供的介孔碳/硅复合材料的制备方法包括以下步骤：

一种介孔碳/硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将F127溶解在乙醇和水形成的20℃~50℃的混合溶液中；

2）等F127完全溶解，在步骤1）的混合溶液中加入间苯二酚和正硅酸乙酯，通过加入盐酸使得溶液中HCl浓度在0.5M~2M之间，继续搅拌2h；

3）在步骤2）得到的溶液中加入甲醛，继续搅拌4h使反应完全进行；

反应体系中F127：乙醇：水：间苯二酚：正硅酸乙酯：甲醛的摩尔比为：0.01~0.03:20:20~50:1~4:0.5~2:1~5；

4）将步骤3）得到的溶液倾倒于培养皿中陈化，使样品分层；

5）将步骤4）中分层样品上层溶液倒掉，再将下层粘稠体系在100℃~160℃的烘箱中热聚合12~24h；

6）将步骤5）中所得样品在惰性气氛600℃~950℃焙烧1~5h，自然降温后所得样品即为介孔碳/硅复合材料。

F127为三嵌段共聚物表面活性剂PEO₁₀₆PPO₇₀PEO_106.

所得介孔碳/硅材料具有蠕虫状介孔孔道，其氮气吸附脱附等温线为第Ⅳ等温线，说明其为介孔结构。

附图说明：

图1  实施例2中所得介孔碳/硅复合材料的TEM图

图2  实施例3中所得介孔碳/硅复合材料的TEM图

图3  实施例4中所得介孔碳/硅复合材料的TEM图

图4  实施例4中所得介孔碳/硅复合材料的氮气吸附脱附等温线图

图5  实施例4中所得介孔碳/硅复合材料的孔径分布图

图6  实施例4中所得介孔碳/硅复合材料的EDS能谱图

图7  实施例4中所得介孔碳/硅复合材料对溶菌酶的吸附量随酶浓度变化曲线

图8  实施例4中所得介孔碳/硅复合材料对溶菌酶吸附量随时间变化曲线

图9  实施例7中所得介孔碳/硅复合材料的TEM图

图10  实施例7中所得介孔碳/硅复合材料的氮气吸附脱附等温线图

图11  实施例7中所得介孔碳/硅复合材料的孔径分布图

具体实施方式：

实施例1

1）将1.26g F127溶解在11.5ml乙醇和3.6ml水形成的20℃的混合溶液中.

2）等F127完全溶解，在步骤1）溶液中加入1.1g间苯二酚、1.1ml正硅酸乙酯，通过加入盐酸调节溶液中HCl浓度为0.5M.

3）继续搅拌2h后，在步骤2）溶液中加入1ml甲醛溶液，在此温度下继续搅拌4h使反应完全进行.

反应体系中加入的F127：乙醇：水：间苯二酚：正硅酸乙酯：甲醛的摩尔比为：0.01:20:20:1:0.5:1.

4）搅拌停止后，将步骤3）中溶液倾倒于培养皿中陈化使样品分层.

5）将步骤4）中分层样品上层溶液倒掉，再将下层粘稠体系在100 ^oC的烘箱中热聚合12h.

6）将步骤5）中所得样品在600℃氮气气氛下焙烧1h.自然降温后所得样品即为介孔碳/硅复合材料.

所得介孔碳/硅材料具有蠕虫状介孔孔道，其氮气吸附脱附等温线为第Ⅳ等温线，说明其为介孔结构，最可几孔径为7.6nm. BET比表面积为566.5m²/g, 孔容为0.54cm³/g。