[发明专利]一种制备单分散介孔碳微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料制备方法，尤其是涉及一种制备单分散介孔碳微球的方法。

背景技术

介孔碳材料具有较高的比表面积、丰富的孔道结构、良好的稳定性等特性，在诸多领域具有非常广泛的应用，而球形碳材料因具有均匀填充密度、较高机械强度，良好流动性和快速吸脱附速率等优势而更具发展潜力。模板法和溶胶-凝胶法是目前制备介孔碳材料的最常见方法之一。然而，模板法在浸渍过程中前驱体易在硬模板的孔道外聚集或孔道内不完全填充，而溶胶-凝胶法需要复杂冗长的超临界干燥技术，而且批量制备具有高孔体积介孔碳材料仍存在难以逾越的成本问题。所以低成本规模化制备单分散介孔碳材料是关键。

喷雾干燥是一种非常有效的制备颗粒的方法，其流程简单、干燥速度快、易实现扩大和规模化生产，广泛应用于食品、药品和生物试剂等生产领域。因而，喷雾干燥是一个可以耦合液相模板合成和颗粒工程的优良平台，有利于保证材料有序孔隙结构和单分散特性的同时实现低成本规模化制备。在题为《Large-scale synthesis of mesoporous carbon microspheres with controllable structure and nitrogen doping using a spray drying method》中，作者采用商用硅溶胶作为模板剂，通过喷雾干燥法制备了三种不同孔径的中孔炭球，但由于商用硅溶胶型号有限，无法实现对中孔孔径的灵活调控。在题为《喷雾干燥法制备中孔炭微球及其吸附性能研究》中，作者研究了不同实验参数对中孔炭球孔容和收率的影响，经过参数优化后，孔容可达2.7cm³/g，收率可达76％，但仍需进一步优化实验参数以提高喷雾干燥收率和材料孔容以提高吸附性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、高收率制备高孔容介孔碳微球方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备单分散介孔碳微球的方法，采用以下步骤：

(1)酚醛树脂溶液的制备：将酚和醛混合溶解在水中，常温下搅拌20min，在制备得到的酚醛溶液中滴加提前制备好的纳米二氧化硅水分散液，加水将混合液稀释至浓度为20w/v％，并置于50℃水浴中加热搅拌1h；

(2)聚合物微球的制备：上述制备好的混合液被泵入喷雾干燥机，在一定的进风风量、进料速率、干燥温度和喷雾压力下，得到聚合物微球，经旋风分离后被收集于末端收集瓶中；

(3)介孔碳微球的制备：将聚合物微球在氩气气氛中高温煅烧，然后将其浸泡在刻蚀剂中，除去纳米二氧化硅，用水洗涤多次，干燥后即可得到介孔碳微球。

步骤(1)中，

所述的酚为苯酚或间苯二酚中的一种或两种，

所述的醛为甲醛或糠醛中的一种或两种，

控制酚和醛的摩尔比为0.5～1，

所述的纳米二氧化硅水分散液中的胶体二氧化硅平均粒径为20～40nm，

控制酚醛和纳米二氧化硅水分散液的质量比为0.2～0.5。

步骤(2)中，

所述的进风风量为180～360m³/h，

所述的进料速率为1～10mL/min，

所述的干燥温度为150～200℃，

所述的喷雾压力0.2～0.4MPa。

作为更加优选的实施方式，步骤(2)中控制进风风量为200～220m³/h，进料速率为4～5mL/min，干燥温度为180～190℃，喷雾压力0.2～0.25MPa。