[发明专利]一种纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料及其制备方法

权利要求书

1. 一种纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料，以玉米淀粉为原料，利用酸液对玉米淀粉的点蚀水解作用，使酸液通过水解产生的孔洞进入淀粉颗粒内部，然后在微波加热条件下，使淀粉颗粒内部产生大量气体，同时利用酸液的脱水作用及微波产生的高温，促进原料快速发泡炭化，制得纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料，其主要成分的分子表达式为：C_nH_xO_y，此外还含有痕量硫、磷或锌元素；

该材料具有三维网络结构，网眼由纳米级厚度的薄炭壁相连，炭壁结构中含有羟基、羰基及环氧活性基团，此外该薄壁泡沫炭材料具有微孔和介孔结构，其中介孔孔径呈窄分布状态，经活化的薄壁泡沫炭材料其炭壁为多孔炭片的叠加。

2.如权利要求1所述纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料，其特征在于：所述网眼尺寸为10～50 μm；所述薄炭壁由更薄的层状炭片叠加而成，炭壁厚度约为25 nm；所述呈窄分布状态的介孔主要为层状炭片叠加形成的狭缝状孔隙，其孔径在2～9 nm之间。

3.如权利要求1所述纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料，其特征在于：所述分子表达式C_nH_xO_y中，C元素含量为50%~80%，H元素含量为1%~5%，O元素含量为15%~45%。

4.权利要求1-3任一所述纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，包括步骤：

（1）、将玉米淀粉分散于酸性水溶液中浸渍，制得玉米淀粉料浆；该料浆是利用酸液对玉米淀粉的点蚀水解作用，使玉米淀粉颗粒产生孔洞；

（2）、抽滤玉米淀粉料浆，获得滤饼；

（3）、干燥滤饼；

（4）、将干燥后的滤饼置于装有微波吸收剂的非金属耐热封闭容器中，淀粉颗粒的总体积应远小于容器的容积，再充入惰性保护气体；

（5）、将容器置于微波场中，利用微波对容器中的淀粉颗粒快速加热，使淀粉颗粒内部短时间内产生大量分解气体，分解气体急剧膨胀外逸并使淀粉颗粒被发泡拉伸，与此同时，酸液的脱水作用以及微波产生的高温使淀粉颗粒在发泡的过程中被炭化定型，形成纳米级薄炭壁泡沫结构，最终充满容器；

（6）、将发泡炭化后的材料连同非金属耐热封闭容器一起自然冷却至室温；

（7）、将材料用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得目标产品纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料。

5.如权利要求4所述的纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：所述非金属耐热封闭容器采用石英坩埚，该石英坩埚有两层，为内锅、外锅套装结构，所述玉米淀粉装在内锅中，所述微波吸收剂是四氧化三铁，装在内、外锅的夹缝中。

6.如权利要求4所述的纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述玉米淀粉与酸性水溶液的固液比为1 g : 4 mL～1 g : 20 mL,玉米淀粉在酸性水溶液中浸渍时间为1～5 h；所述浸渍用酸性水溶液为硫酸或硫磷混酸的水溶液，硫酸浓度为0.5～1.5 mol/L，磷酸浓度为0～1.5 mol/L。

7.如权利要求6所述的纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：所述浸渍用酸性水溶液中还可添加氯化锌，氯化锌的浓度为0～0.8 mol/L，若添加氯化锌，则步骤（6）所述冷却后的材料需先用硫酸浸泡，再用蒸馏水洗涤至中性，硫酸浓度为1 mol/L，浸泡时间为1 h。

8.如权利要求4所述的纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述充入容器的惰性保护气体是氮气。

9.如权利要求4所述的纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述微波加热时间为2～5 min。

10.如权利要求4所述的纳米级壁厚的薄壁泡沫炭材料的制备方法，其特征在于：步骤（7）所述干燥温度为60～120 ℃，干燥时间为1～3 h。