專利名稱：一種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，屬于炭素材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
炭材料由于其優(yōu)異的高導(dǎo)熱、高耐熱、良好化學(xué)惰性、高電導(dǎo)率等特點使其廣泛應(yīng)用于能源、化工、環(huán)保、電子、航空航天等諸多國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。而作為炭材料和炭制品主要來源的化石資源(如煤、石油、浙青等)的大量開采和日趨嚴(yán)重的環(huán)境問題，使這些傳統(tǒng)炭材料和炭制品的研究和應(yīng)用受到很大限制。因此，尋求廉價、清潔的可再生的資源作為制備炭材料的原料已備受國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。淀粉是一種來源廣泛、價格低廉的可再生天然碳源，采用一定的物理方法、化學(xué)方法和酶改性技術(shù)，可以對淀粉的分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)變。近年來以價廉易得且物理化學(xué)性質(zhì)可調(diào)變的淀粉為碳源的各種新結(jié)構(gòu)的炭材料已經(jīng)成功合成。約克大學(xué)Clark 等以淀粉為碳源，利用淀粉易于膨脹的性質(zhì)合成了孔徑可調(diào)的中孔炭催化材料，他們的工作表明磺化后淀粉基中孔炭材料是一種可重復(fù)利用、環(huán)境友好的酸酯化反應(yīng)催化劑；中國石油大學(xué)(華東)申文忠博士等以水溶性淀粉為碳源合成了多尺度中孔炭材料(孔徑為3. 8-4. 2nm,6-10nm和ll_15nm)。王成揚等在“淀粉基碳微球的制備方法”(專利號 200710150251)中，以淀粉為碳源，采用預(yù)氧化-炭化兩步法制備了橢球形的淀粉基碳微球；廣西師范大學(xué)的李慶余教授也以淀粉為碳源合成了各種淀粉基炭材料如活性炭、多孔碳球等，并對淀粉基炭材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了測試，此外，他們在“微米多孔碳微球的制備方法”(專利號200710050549)中，以改性后的淀粉(多孔淀粉)為碳源，可溶性錫酸鹽、 錫鹽或硅酸鹽為球形多孔淀粉的保護(hù)劑，采用炭化法制備得到了微米級多孔碳微球。但是， 以多孔淀粉為碳源，借助簡單有效的預(yù)氧化技術(shù)，制備兼具磁分離功能的分級孔結(jié)構(gòu)微米級磁性炭微球的方法國內(nèi)外未見報道。本發(fā)明采用簡單的預(yù)氧化和炭化兩步法制備具有分級孔微米級磁性炭微球。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，該方法采用簡單預(yù)氧化和炭化兩步法制備具有分級孔微米級磁性炭微球，制備工藝簡單、低成本，以多孔淀粉為前驅(qū)體制備具有特定形貌和功能的具有高附加值的磁性多孔炭微球。本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法包括下列步驟(I)將一定配比的金屬鹽與氫氧化鈉溶解于30 70mL乙二醇溶液中，惰性氣氛保護(hù)下，在170 190°C油浴中反應(yīng)3 6h制得金屬/金屬氧化物納米粒子后，向其中加入 5 IOg多孔淀粉，抽濾并干燥，得到金屬或金屬氧化物/多孔淀粉配合物；(2)將金屬或金屬氧化物/多孔淀粉配合物置于干燥箱中，在170 190°C預(yù)氧化
324 48h，然后再將此配合物在氫氣氣氛下，以2 10°C /min升溫至700 1000°C，炭化 4 8h，自然冷卻至室溫，得到分級孔微米級磁性炭微球。所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔馬鈴薯淀粉或多孔木薯淀粉。所述的金屬鹽選自硝酸鐵、硝酸鈷或硝酸鎳，或金屬的醋酸鹽。所述的金屬鹽與氫氧化鈉的配比按摩爾比為I : 3或I : 2計量。本發(fā)明的有益效果是這種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法包括以下兩個步驟1、將金屬鹽與氫氧化鈉溶解乙二醇溶液中，惰性氣氛保護(hù)下，在油浴中加熱制得金屬/金屬氧化物納米粒子后，向其中加入多孔淀粉，抽濾并干燥，得到金屬或金屬氧化物/ 多孔淀粉配合物；2、將金屬或金屬氧化物/多孔淀粉配合物置于干燥箱中于預(yù)氧化，然后再將此配合物在氫氣氣氛下炭化，自然冷卻至室溫，得到分級孔微米級磁性炭微球。該方法所用原料為廉價易得的商品化多孔淀粉，制備過程對設(shè)備要求不高，參數(shù)容易控制，操作容易，易于放大，所得的磁性炭材料具有不規(guī)則圓形顆粒特征，其分級孔道結(jié)構(gòu)源于三個方面微米尺度的大孔源自多孔淀粉本身，微孔和中孔則源自含碳前驅(qū)體炭化過程中形成的孔，該材料在生物材料、催化、分離等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明分級孔微米級磁性炭微球的掃描電鏡照片。具體實施方法下面通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實施例一稱取O. 5g硝酸鐵和O. 2g氫氧化鈉溶解于30mL乙二醇中，超聲處理使其充分溶解，然后將混合液于180°C加熱3h制得鐵/氧化亞鐵納米粒子，期間不斷通入氮氣做為保護(hù)氣；稱取5g多孔玉米淀粉加到鐵/氧化亞鐵納米粒子中，攪拌均勻后抽濾并干燥得到鐵/ 氧化亞鐵納米粒子與多孔玉米淀粉的配合物；然后再將此配合物置于180°C鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)氧化24h，最后于管式炭化爐中在氫氣氣氛下炭化4h，其中，升溫速率為5°C /min,炭化溫度為900°C，最終制得了分級孔微米級磁性炭微球。實施例二稱取Ig硝酸鈷和O. 4g氫氧化鈉溶解于60mL乙二醇中，磁力攪拌使其充分溶解， 然后將混合液于180°C加熱4h制得鐵/氧化鈷納米粒子，期間不斷通入氬氣做為保護(hù)氣； 稱取IOg多孔玉米淀粉加到鐵/氧化鈷納米粒子中，攪拌均勻后抽濾并干燥得到鐵/氧化亞鐵納米粒子與多孔玉米淀粉的配合物；然后再將此配合物置于180°C鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)氧化30h，最后于管式炭化爐中在氫氣氣氛下炭化7h，其中，升溫速率為10°C /min，炭化溫度為700°C，最終制得了分級孔微米級磁性炭微球。實施例三稱取O. 5g硝酸鎳和O. 2g氫氧化鈉溶解于40mL乙二醇中，超聲處理使其充分溶解，然后將混合液于170°C加熱5h制得鎳/氧化鎳納米粒子，期間不斷通入氮氣做為保護(hù)氣；稱取6g多孔馬鈴薯淀粉加到鎳/氧化鎳納米粒子中，攪拌均勻后抽濾并干燥得到鎳/ 氧化鎳納米粒子與多孔玉米淀粉的配合物；然后再將此配合物置于170°C鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)氧化36h，最后于管式炭化爐中在氫氣氣氛下炭化6h，其中，升溫速率為2V /min,炭化溫度為800°C，最終制得了分級孔微米級磁性炭微球。實施例四稱取O. 5g醋酸鐵和O. 2g氫氧化鈉溶解于50mL乙二醇中，超聲處理使其充分溶解，然后將混合液于190°C加熱3h制得鐵/氧化亞鐵納米粒子，期間不斷通入氬氣做為保護(hù)氣；稱取Sg多孔玉米淀粉加到鐵/氧化亞鐵納米粒子中，攪拌均勻后抽濾并干燥得到鐵/ 氧化亞鐵納米粒子與多孔玉米淀粉的配合物；然后再將此配合物置于180°C鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)氧化48h，最后于管式炭化爐中在氫氣氣氛下炭化8h，其中，升溫速率為6°C /min,炭化溫度為900°C，最終制得了分級孔微米級磁性炭微球。實施例五稱取Ig醋酸鎳和O. 4g氫氧化鈉溶解于70mL乙二醇中，超聲處理使其充分溶解， 然后將混合液于170°C加熱6h制得鐵/氧化鎳納米粒子，期間不斷通入氮氣做為保護(hù)氣； 稱取IOg多孔木薯淀粉加到鐵/氧化鎳納米粒子中，攪拌均勻后抽濾并干燥得到鐵/氧化亞鐵納米粒子與木薯玉米淀粉的配合物；然后再將此配合物置于190°C鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)氧化32h，最后于管式炭化爐中在氫氣氣氛下炭化5h，其中，升溫速率為8°C /min,炭化溫度為 IOOO0C，最終制得了分級孔微米級磁性炭微球。實施例六稱取Ig醋酸鈷和O. 4g氫氧化鈉溶解于70mL乙二醇中，超聲處理使其充分溶解， 然后將混合液于170°C加熱6h制得鐵/氧化鈷納米粒子，期間不斷通入氮氣做為保護(hù)氣； 稱取IOg多孔木薯淀粉加到鐵/氧化鈷納米粒子中，攪拌均勻后抽濾并干燥得到鐵/氧化亞鐵納米粒子與木薯玉米淀粉的配合物；然后再將此配合物置于190°C鼓風(fēng)干燥箱中預(yù)氧化28h，最后于管式炭化爐中在氫氣氣氛下炭化5h，其中，升溫速率為4°C /min,炭化溫度為 IOOO0C，最終制得了分級孔微米級磁性炭微球。
權(quán)利要求
1.一種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，其特征是該方法包括下列步驟(1)將一定配比的金屬鹽與氫氧化鈉溶解于30 70mL乙二醇溶液中，惰性氣氛保護(hù)下，在170 190°C油浴中反應(yīng)3 6h制得金屬/金屬氧化物納米粒子后，向其中加入5 IOg多孔淀粉，抽濾并干燥，得到金屬或金屬氧化物/多孔淀粉配合物；(2)將金屬或金屬氧化物/多孔淀粉配合物置于干燥箱中，在170 190°C預(yù)氧化24 48h，然后再將此配合物在氫氣氣氛下，以2 10°C /min升溫至700 1000°C，炭化4 8h，自然冷卻至室溫，得到分級孔微米級磁性炭微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，其特征是所述的多孔淀粉包括多孔玉米淀粉、多孔馬鈴薯淀粉或多孔木薯淀粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，其特征是所述的金屬鹽選自硝酸鐵、硝酸鈷或硝酸鎳，或金屬的醋酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，其特征是所述的金屬鹽與氫氧化鈉的配比按摩爾比為I:3或I:2計量。
全文摘要
一種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法，屬于炭素材料技術(shù)領(lǐng)域。這種簡單制備分級孔微米級磁性炭微球的方法包括以下兩個步驟1、將一定配比的金屬鹽與氫氧化鈉溶解于30～70mL乙二醇溶液中，惰性氣氛保護(hù)下，在170～190℃油浴中反應(yīng)3～6h制得金屬/金屬氧化物納米粒子后，向其中加入5～10g多孔淀粉，抽濾并干燥，得到金屬或金屬氧化物/多孔淀粉配合物；2、將配合物置于干燥箱中于170～190℃預(yù)氧化24～48h后，再將其在氫氣氣氛下，于700～1000℃下炭化4～8h，得到分級孔微米級磁性炭微球。該方法所用原料為廉價易得的商品化多孔淀粉，所得的磁性炭材料具有不規(guī)則圓形顆粒特征，該材料在生物材料、催化、分離等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。
文檔編號B01J13/02GK102580637SQ20121004496
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者于暢, 張旭, 段江波, 邱介山 申請人:大連理工大學(xué)