專利名稱：一種制備氮摻雜分級孔多孔炭微球的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，屬于炭素材料技術領域。
背景技術：
炭材料發達的孔結構和豐富的表面化學官能團使其在諸多領域有著廣泛的應用前景。傳統的調控炭材料載體之結構和表面化學性質的技術存在缺陷，如何獨辟蹊徑、采用廉價的碳源創制出新型的炭基材料，如雜原子摻雜的且孔隙結構和表面性質可以調控的多孔炭材料，在國內外備受關注。淀粉或改性后的多孔淀粉是一種來源廣泛、價格低廉的可再生天然碳源。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，采用預氧化-炭化兩步法制備了橢球形的淀粉基碳微球。李慶余等在“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、錫鹽或硅酸鹽為包覆劑，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，采用簡單的工藝一步實現氮原子摻雜并兼具多孔結構的多孔炭微球的合成方法未見國內外報道。多孔淀粉顆粒本身具有一定的顆粒形狀，且不同種類的多孔淀粉的顆粒大小不同。如果能夠通過簡單的預處理方法制備出保持原多孔淀粉顆粒形態的球形雜原子摻雜的多孔炭材料，不僅可以解決球形多孔炭的制造成本的問題，而且可以根據不同的應用需求制備出不同粒徑大小、不同孔結構的球形多孔炭并調變多孔炭的表面化學性質，這一工作對促進球形多孔炭的研究與發展，拓寬其應用領域有重要的理論和現實意義。
發明內容
本發明供一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，該方法以銨鹽作為保護劑一步實現多孔結構和氮原子摻雜的多孔炭微球的制備，是制備工藝簡單、低成本，以多孔淀粉為前驅體制備具有特定形貌和功能的具有高附加值的氮摻雜分級孔多孔炭微球的方法。本發明采用的技術方案一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法包括下列步驟(I)把質量為I 3g的銨鹽與質量為2 Ig的多孔淀粉混合后，加入20 50mL 的去離子水，磁力攪拌3 6h，使多孔淀粉對銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；(2)將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護下，以2 10°C /min升溫至 600 900°C，炭化2 6h，得到氮摻雜多孔炭微球。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。所述的銨鹽選自氯化銨、硫酸銨或硝酸銨。本發明的有益效果是這種制備氮摻雜多孔炭微球的方法包括以下兩個步驟1、 向銨鹽與多孔淀粉的混合粉末中加入去離子水，磁力攪拌，使多孔淀粉對銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；2、將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護下炭化，得到氮摻雜多孔炭微球。該方法所用原料為廉價易得的商品化多孔淀粉，在保證多孔淀粉原有多孔形貌的基礎上制備了氮摻雜多孔炭微球，制備過程對設備要求不高，操作容易，一步實現了多孔結構和氮原子摻雜的多孔炭微球的制備，該材料在生物材料、催化、電化學等領域有著潛在的應用前景。
圖I為本發明氮摻雜多孔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明進一步說明。實施例一稱取Ig氯化銨和2g多孔玉米淀粉混合后，加入20mL去離子水，磁力攪拌3h，使多孔玉米淀粉對氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮氣保護下，以5°C /min的升溫速率升溫至600°C并保溫2h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實施例二稱取Ig氯化銨和Ig多孔馬鈴薯淀粉混合后，加入20mL去離子水，磁力攪拌4h， 使多孔馬鈴薯淀粉對氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔馬鈴薯淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔馬鈴薯淀粉在管式炭化爐中，在氮氣保護下，以 30C /min的升溫速率升溫至700°C并保溫4h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實施例三稱取3g氯化銨和2g多孔木薯淀粉混合后，加入50mL去離子水，磁力攪拌6h，使多孔木薯淀粉對氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔木薯淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔木薯淀粉在管式炭化爐中，在氮氣保護下，以10°c /min 的升溫速率升溫至800°C并保溫3h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實施例四稱取2g硫酸銨和2g多孔玉米淀粉混合后，加入30mL去離子水，磁力攪拌5h，使多孔玉米淀粉對硫酸銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有硫酸銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有硫酸銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮氣保護下，以8°C /min的升溫速率升溫至600°C并保溫5h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實施例五稱取3g硝酸銨和Ig多孔玉米淀粉混合后，加入40mL去離子水，磁力攪拌4h，使多孔玉米淀粉對硝酸銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有硝酸銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有硝酸銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮氣保護下，以5°C /min的升溫速率升溫至700°C并保溫6h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。實施例六稱取2g氯化銨和Ig多孔玉米淀粉混合后，加入20mL去離子水，磁力攪拌3h，使多孔玉米淀粉對氯化銨充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉；然后，將得到的吸附有氯化銨的多孔玉米淀粉在管式炭化爐中，在氮氣保護下，以2V Mn的升溫速率升溫至900°C并保溫4h，然后自然冷卻至室溫，制得氮摻雜多孔炭微球。
權利要求
1.一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，其特征是該方法包括下列步驟(1)把質量為I 3g的銨鹽與質量為2 Ig的多孔淀粉混合后，加入20 50mL的去離子水，磁力攪拌3 6h，使多孔淀粉對銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；(2)將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護下，以2 10°C/min升溫至 600 900°C，炭化2 6h，得到氮摻雜多孔炭微球。
2.根據權利要求I所述的一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，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.根據權利要求I所述的一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，其特征是所述的銨鹽選自氯化銨、硫酸銨或硝酸銨。
全文摘要
一種制備氮摻雜多孔炭微球的方法，屬于炭素材料技術領域。這種制備氮摻雜多孔炭微球的方法包括以下兩個步驟1、向一定質量比的銨鹽(如氯化銨、硫酸銨或硝酸銨)與多孔淀粉中加入20～50mL的去離子水，磁力攪拌3～6h，使多孔淀粉對銨鹽充分吸附，然后抽濾并干燥，得到吸附有銨鹽的多孔淀粉；2、將得到的吸附有銨鹽的多孔淀粉在惰性氣氛保護下，于600～900℃炭化2～6h，得到氮摻雜多孔炭微球。該方法所用原料為廉價易得的商品化多孔淀粉，在保證多孔淀粉原有多孔形貌的基礎上制備了氮摻雜多孔炭微球，制備過程對設備要求不高，操作容易，一步實現了多孔結構和氮原子摻雜的多孔炭微球的制備，該材料在生物材料、催化、電化學等領域有著潛在的應用前景。
文檔編號C01B31/02GK102583318SQ20121004503
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者于暢, 張旭, 段江波, 邱介山 申請人:大連理工大學