[发明专利]一种介孔碳空心微球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种介孔碳空心微球及其制备方法和应用。该制备方法包括：将壳聚糖和配体分散于溶剂中，形成混合液；在20℃‑100℃下，搅拌2h‑48h，固液分离后，得到CTS‑i；将CTS‑i与含硅模板分散于碱性醇溶剂中，搅拌2h‑36h，固液分离后，得到Si‑T@CTS‑i；在惰性气氛中，将Si‑T@CTS‑i以2℃/min‑20℃/min的速率升温至800℃‑1000℃并恒温保持1h‑12h；在20℃‑80℃下，碱溶液处理6h‑36h，得到介孔碳空心微球。本发明还提供了上述制备方法得到的介孔碳空心微球，该介孔碳空心微球可以用于降解污水中的有机物。

技术领域

本发明涉及一种空心微球的制备方法，尤其涉及一种以壳聚糖为碳源的介孔碳空心微球的制备方法，属于碳纳米材料制备技术领域。

背景技术

碳空心微球具有化学稳定性高、(水)热稳定性好、密度低与表面积/体积比大等优点，被广泛用于吸附、分离、催化剂载体、超级电容器等诸多领域。其中，将金属活性组分引入碳空心微球衍生的yolk-shell结构，是一类呈现为内核@空隙@外壳构型的纳米材料。由于其独特的结构、内核与外壳的功能化，以及其可调控的物理化学性能，从而赋予了这类材料在微反应器、药物/基因传输、生物传感器、锂电池等方面广泛的应用前景。

目前，碳空心微球主要通过硬模板法合成，即采用纳米浇筑的方法，通过预先合成SiO₂、CaCO₃、聚苯乙烯(PS)小球等硬模板，然后包覆碳源，再经碳化转化、模板移除可获得各种碳空心结构。显然，硬模板法在碳空心结构的形貌控制方面具有独特的优势。然而，目前使用的碳源主要是酚醛树脂、聚苯胺、聚丙烯腈、苯乙烯、乙腈、苯、乙烯等有毒有害物质，不符合绿色化学与环境保护的要求(An-Hui Lu,Tao Sun,Wen-Cui Li,Qiang Sun,Fei Han,Dong-Hai Liu,and Yue Guo,Synthesis of Discrete and Dispersible Hollow CarbonNanospheres with High Uniformity by Using Confined Nanospace Pyrolysis,Angew.Chem.2011,123,11969-11972)(Su,F.；Zhao,X.S.；Wang,Y.；Wang,L.；Lee,J.Y.Hollow carbon spheres with a controllable shellstructure.J.Mater.Chem.2006,16,4413-4419.)。

近年来，以葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉等生物质为碳源制备碳空心微球的研究引起了专家学者的广泛关注(Chuanlong Han,Shiping Wang,Jing Wang,Mingming Li,JiangDeng,Haoran Li,and Yong Wang,Controlled synthesis of sustainable N-dopedhollow core-mesoporous shell carbonaceous nanospheres from biomass,NanoResearch 2014,7:1809-1819)。但以粮食为原料具有“与农争地”和“与人争食”的弊端，无法实现可持续发展。而且上述碳源多为单体，需加入引发剂或其它化学试剂使其原位聚合。