[发明专利]一种毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球的制备方法

说明书

本发明公开了一种毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球的制备方法，在合成步骤中采用“油包水”的自组装法，以F127和CTAB为共模板剂，液体石蜡为油相，以含碳材料的二氧化硅胶体为水相，反应体系简单易行、反应条件温和、产率高，为合成毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球提供了新思路；制备的毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球具有共价硅网络结构，模板剂转化的碳与碳纳米材料组成的共价碳网络结构掺杂于共价硅网络结构中，形成碳‑二氧化硅网络结构，使得该材料集成了二氧化硅及模板剂转化的碳与碳纳米材料组成的共价碳网络的优点；另外，毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球具有多级孔结构，具有较大的比表面积，在吸附、催化、电化学和生物工程等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于无机多孔材料制备技术领域，具体涉及一种毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球的制备方法。

背景技术

近年来，多孔材料因其独特的结构特性及形貌(巨大的比表面积、大量纳米孔道结构、结构空旷、良好的热稳定性和水热稳定性)被广泛应用于光、电、磁、催化、生物医药、传感和纳米工程等领域，而二氧化硅/碳复合材料同时兼得两者的优点，受到越来越多的化学工作者的关注。

目前，合成二氧化硅/碳复合材料的方法有很多：如中国专利CN106058179A和CN100515937C，采用溶胶凝胶法制备得到碳纳米管/纳米二氧化硅复合材料；中国专利CN105175781A，采用化学接枝手段，促使表面修饰的氨基化二氧化硅和氧化处理的羧基化碳纳米管进行反应生成酰胺键，进一步制备得到二氧化硅修饰的碳纳米管复合材料，并提出用于树脂、橡胶等高分子改性制备高性能纳米复合材料，但该方法制备出的二氧化硅/碳复合材料为粉体，并没有成球；中国专利CN103101918A通过气溶胶法或水热法在单分散晶体二氧化硅球形颗粒表面包覆一层厚度均匀的碳层，从而获得核-壳结构的二氧化硅/碳颗粒，该颗粒尺寸在亚微米级，尺寸很小；现有的文献中也公开了毫米级多孔二氧化硅球的制备(李娃，李凤云，蔡强等.毫米级轻质高强度多孔二氧化硅球的制备与表征,高等学校化学学报,2015,9(36):1655-1660.)，在该文章中采用二氧化硅囊泡作为填充料，采用烧结温度仅为将表面活性剂去除，获取多级孔结构。

可以看出，目前虽然在二氧化硅/碳复合材料以及毫米级多孔球方面取得了一些进展，但是已进行的研究并为对毫米级二氧化硅/碳多孔杂化球进行探索。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将模板剂聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化铵溶于醇/水混合体系中，充分混合均匀后加入浓盐酸，20min～30min后再加入硅源，常温下搅拌6h～24h，获得透明的二氧化硅胶体Ⅰ；

步骤二、将碳纳米材料溶于有机溶剂中，然后加入二氧化硅胶体Ⅰ，共混均匀后，获得含碳纳米材料的二氧化硅胶体Ⅱ，即水相W；

步骤三、将水相W逐滴滴入油相O液体石蜡中，80℃搅拌6h～12h，使水相W通过自组装技术进行悬浮聚合，水相W形成包覆油相O液体石蜡的多孔二氧化硅/碳杂化球前驱体；

步骤四、依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗置换包覆油相O液体石蜡的多孔二氧化硅/碳杂化球前驱体，之后对其进行干燥，去除吸附的去离子水，得到多孔二氧化硅/碳杂化球前驱体；

步骤五、将获得的多孔二氧化硅/碳杂化球前驱体在惰性气氛中高温碳化，得到多孔二氧化硅层紧密包覆表面活性剂转化的碳及碳纳米材料组成的共价碳网络结构，获得所述毫米级多孔二氧化硅/碳杂化球。

优选的是，所述步骤一中，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物：十六烷基三甲基溴化铵：硅源：浓盐酸：醇：水为的质量比为2～6:1:10～20:0.5～3:8～15:4～8。