[发明专利]一种具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片及其制备方法，属于二维材料制备技术领域。本发明以可溶性盐颗粒为基底，聚醚嵌段共聚物为造孔剂，采用溶剂挥发诱导自组装法制备具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片。首先制备包含甲阶酚醛树脂和造孔剂的前驱体溶液，然后通过真空抽滤的方法将前驱体溶液负载在盐颗粒表面，再经过室温干燥、热处理和高温煅烧制备具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片。该方法操作简单、绿色环保，制备的酚醛树脂纳米片孔径均一、比表面积高、产量高，在分离、催化等领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于二维材料制备技术领域，涉及一种具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片及其制备方法。

背景技术

有序介孔酚醛树脂由于孔径分布窄、孔隙率高、原料价格低廉、制备方法简单、机械性能优良和化学稳定性强等优点，已被用于涂料、分离和催化等领域。目前合成的有序介孔酚醛树脂多为三维体相结构，为了进一步提高酚醛树脂的比表面积，增加活性位点，提升其性能，亟需发展具有介孔结构的二维酚醛树脂纳米片。

通过自下而上的方法制备二维介孔材料，常采用软模板法，以嵌段共聚物为造孔剂，采用基底限制反应物在二维方向生长，常用的基底有难溶性固体基底(硅片、玻璃等)和二维纳米材料(石墨烯、硫化钼等)。但所得纳米片较难从基底上剥落，产量较低。此外，现有的介孔酚醛树脂纳米片多为圆形介孔结构，孔隙率相较于平行柱状介孔而言较低。因此，亟需发明一种便捷、高效的方法制备具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片。

发明内容

【技术问题】

三维有序介孔酚醛树脂虽然具有优良的性能，但在某些领域，不能满足应用需求。如在分离领域，为了满足高通量、高选择性的要求，需要发展有序介孔酚醛树脂纳米片，以提供丰富、有效的水传输通道。采用软模板法，以难溶性固体或二维纳米片为基底制备有序介孔酚醛树脂纳米片，需要通过极其苛刻的条件刻蚀基底，操作困难、产量低，阻碍了有序介孔酚醛树脂纳米片的应用。

【技术方案】

为解决上述问题，本发明提供了一种具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片及其制备方法，该方法操作简单，纳米片比表面积高、孔隙率高以及产量高。

本发明以可溶性盐颗粒为基底制备酚醛树脂纳米片。以甲阶酚醛树脂和造孔剂为前驱体，通过真空抽滤的方法将其负载在盐颗粒表面，经室温干燥、热处理使前驱体自组装，随后采用煅烧的方法除去造孔剂得到介孔结构，最终通过水洗的方法除去盐颗粒获得具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片。一方面，采用可溶性盐颗粒为基底，基底去除简单、纳米片产量高；另一方面，平行柱状介孔相比于圆形介孔，具有更高的孔隙率和比表面积。因此，该方法操作简单，制备的介孔酚醛树脂纳米片比表面积高、孔隙率高以及产量高，可实现更优异的性能。

具体的，本发明首先提供了一种具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备甲阶酚醛树脂：将苯酚、甲醛和氢氧化钠溶液混合，高温下反应，反应后用盐酸将溶液调至pH5～9，干燥后获得甲阶酚醛树脂；

(2)制备具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片：将步骤(1)制得的甲阶酚醛树脂加入到含有造孔剂的乙醇溶液中，搅拌至澄清后将其倒入含有盐颗粒的抽滤装置中进行真空抽滤，之后在抽滤装置中加入乙醇进行二次抽滤，取抽滤后的固形物经干燥、热处理及惰性气体煅烧，最后用水洗除去盐颗粒，即获得具有平行柱状介孔的酚醛树脂纳米片。

在本发明的一种实施方式中，苯酚、甲醛和氢氧化钠的摩尔比为10:10:1～10:40:1；所述氢氧化钠的浓度为5～8mol/L，所述甲醛的浓度为10～15mol/L。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述高温下反应的反应温度为60～80℃，反应时间为0.5～2h。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述干燥优选真空干燥，真空干燥时间为12～72h。