[发明专利]一种超双亲性碳及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种超双亲性碳及其制备方法与应用。它的制备方法，包括以下步骤：将木粉与含有双三氟甲磺酰亚胺阴离子的离子液体混合，然后在惰性气氛中进行热解，即得到超双亲性碳。本发明所述的超双亲性碳应用于制备Pickering乳液或在Pickering乳液催化中。本发明制备的超双亲碳同时具有超亲水性和超亲油性，对于水与油如十二烷的接触角均接近于0°。该超双亲碳能够在油‑水以及油‑油体系中形成Pickering乳液；并且能够提高相关反应如加氢、环氧化以及乙酰化的反应效率。本发明有助于实现油‑水以及油‑油体系形成稳定的Pickering乳液，进一步提高乳液当中的催化反应效率。

技术领域

本发明涉及一种超双亲性碳及其制备方法与应用，属于碳材料改性和Pickering乳液催化领域。

背景技术

Pickering乳液是指在液-液互不相溶的两相界面上存在的固态粒子作为为乳化剂和稳定剂的乳液。由于Pickering乳液的稳定剂为固体粒子，因此与表面活性剂稳定的乳液相比具有很大优势，如Pickering乳液所需的胶体粒子浓度远远低于表面活性剂浓度，可降低乳化剂的用量，节约成本；固体粒子对人体和环境的毒害作用远小于表面活性剂；Pickering乳液体系不易受外界酸碱性、盐浓度、温度及油相组成的影响，具有更强的稳定性。因此，Pickering乳液在食品加工、生物医药、催化等领域具有较好的应用前景。对于Pickering乳液而言，不易润湿颗粒的液体容易成为分散相。这也就是亲水性颗粒(如SiO₂)可以稳定水包油型乳液，而亲油性颗粒(如炭黑)可用于稳定油包水型乳液，但是固体粒子同时能稳定油-水乳液和油-油乳液的并不多见。

影响Pickering乳液稳定性的因素很多，其中固体颗粒表面润湿性是一种重要的影响因素。同时增加可润湿性固体粒子的亲水和亲油性可以提高乳液的稳定性。而超双亲材料同时具有超亲水和超亲油性，有望进一步提高Pickering乳液的稳定性，从而提高Pickering乳液中催化反应的效率。在固体粒子当中，碳材料由于高的化学和热稳定性被广泛地应用到许多领域。为了得到超双亲的碳材料，现有的工作涉及到将亲水的氧化石墨烯溶液喷涂到疏水的硫氮共掺石墨烯形成气凝胶(CN108439373)；也有将亲水和疏水基团同时修饰到碳纳米管或者聚合物上(CN107174972；CN104383899)；还有将石墨粉通过双氧水氧化进一步通过电化学氧化来改善碳的亲水性(CN101468796)。从现有制备超双亲碳的方法来看，有的方法工艺复杂，还有的方法需要采用高附加值的氧化石墨烯或者碳纳米管作为原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种超双亲性碳及其制备方法与应用。

本发明提供的一种超双亲性碳的制备方法，包括以下步骤：将木粉与含有双三氟甲磺酰亚胺阴离子的离子液体混合，然后在惰性气氛中进行热解，即得到超双亲性碳。

上述的制备方法中，所述木粉的原料为硬木和/或软木；

所述硬木具体选自杨木、榉木、樟木、柳木、槐木、橡木、梨木和椴木中的至少一种；所述软木具体选自松木、杉木和柏木中的至少一种。

本发明中，所述木粉的粒径为本领域公知的常见粒径。

上述的制备方法中，所述含有双三氟甲磺酰亚胺阴离子的离子液体是指阳离子为咪唑、吡啶、季铵、季鏻、吡咯、哌啶和含有上述阳离子并带有取代基的同系物中的至少一种；所述取代基选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基中的至少一种；具体地，所述阳离子为甲基丁基咪唑、三丁基己基鏻或三丁基甲基铵。

上述的制备方法中，所述木粉与所述含有双三氟甲磺酰亚胺阴离子的离子液体的质量比可为0～6:1，具体可为6:1、3:1、1:1或1～6:1。

上述的制备方法中，所述惰性气氛为氮气、氩气和氦气中的至少一种；