[发明专利]一种蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料及其制备方法

说明书

本专利申请公开了一种蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料，所述介孔碳材料具有蜂窝状有序排列的纳米孔道，主要包括以下原料：正硅酸乙酯、P123、HCl、正癸烷、蔗糖和浓硫酸，纳米孔道的孔径为3.7nm，比表面积为1270 cm² g^‑1，纳米孔道长度为300～500 nm。本发明还公开了上述蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料制备方法。本发明制备的介孔碳材料具有孔道尺寸分布集中、孔道长度只有几百个纳米的优点。

技术领域

本发明涉及一种碳的制备，具体涉及一种蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料及其制备方法。

背景技术

多孔碳材料在很多领域都具有重要的应用价值，比如气体分离、水净化、催化剂载体材料、电池的电极材料等。其中活性碳是最为常见的多孔碳材料，可以通过椰壳、锯末、木屑等材料的物理、化学脱水-脱氢过程得到。然而，活性碳的孔道尺寸在微孔尺度范围，尺寸小于2nm，在面对一些大尺寸分子的应用场景时活性碳无法满足需要。比如在用于吸附净化污染水体中的大量污染物、作为电化学双层电容器的电极时，活性碳就无法满足需求，而需要使用具有更大的孔径的多孔碳材料-介孔碳材料(孔径在2-50nm之间)才能满足需求。

要得到介孔碳材料，可以采用不同的制备方法，比如用金属或者有机金属化合物作为催化剂催化裂解碳前体、将热不稳定的聚合混合物进行碳化、使用间苯二酚-甲醛树脂这样的聚合物气溶胶为前体进行碳化。然而，使用这些制备方法无法控制产物的孔道尺寸和孔道长度，所以得到的介孔碳材料虽然可以得到孔径在2-50nm之间的介孔，但其孔道尺寸分布宽，孔道长度也长短不一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料，本发明的介孔碳材料孔道尺寸分布集中，其纳米孔道的孔径为3.7nm，比表面积为1270cm²g^-1，纳米孔道长度为300～500nm。本发明还公开了上述蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明公开了如下基础方案1：

一种蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料，所述介孔碳材料具有蜂窝状有序排列的纳米孔道，主要采用以下原料制备：正硅酸乙酯、嵌段式非离子表面活性剂Pluronic P123、HCl、正癸烷、蔗糖和浓硫酸，所述P123为110～120g，正癸烷与P123的摩尔比为230～235，P123与正硅酸乙酯的质量比为1：1.5～1.6，所述HCl体积为3200～3600ml，浓度为1.05～1.10mol/L；浓硫酸的浓度大于96％；蔗糖纯度为分析纯，正癸烷纯度大于98％；蔗糖与浓硫酸的质量比为7：1～1.2，纳米孔道的孔径为3.7nm，比表面积为1270cm²g^-1，纳米孔道长度为300～500nm。

基础方案1的优点是：本发明的介孔碳材料纳米孔道的孔径为3.7nm，介孔碳材料纳米孔道尺寸分布集中；而且介孔碳材料比表面积为1270cm²g^-1，纳米孔道长度短，为300～500nm。这种长度短至几百个纳米的纳米孔道会更加有利于物质在其中的传质和扩散，而且也有利于其中的热量的传递和散发，所以有利于对此种介孔碳材料在吸附材料、催化剂载体材料、分离材料等领域的应用。

优化方案1，对基础方案的进一步优化，所述P123为110g，正癸烷与P123的摩尔比为230，P123与硅酸乙酯的质量比为1：1.5，HCl体积为3200ml，浓度为1.05mol/L，浓硫酸的浓度为98％；蔗糖与浓硫酸的质量比为7：1。发明人在实验中发现，采用上述配比时，能使制备的介孔碳材料孔道排列更有序，而且均匀性更好。

本发明还公开了如下基础方案2：

一种蜂窝状有序排列孔道的介孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：