一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法转让专利
申请号 : CN201410169635.4
文献号 : CN103922315B
文献日 : 2015-10-28
发明人 : 孙立国 , 白英玮 , 曹倩娜 , 张艳红 , 汪成
申请人 : 黑龙江大学
摘要 :
一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法，它涉及一种无序多孔材料的制备方法。本发明要解决现有方法技术实现室温条件下三聚氰胺与苯甲醛的进行交联，导致加工工艺苛刻的问题。方法：一、首先将苯甲醛、氨水和三聚氰胺混匀，然后在加速电压和γ射线辐射源下辐照，得到反应混合液；二、反应混合液采经洗涤、超声分散、离心分离和干燥，即得到无序多孔材料。本发明优点：放射性同位素60Co为辐射源，使其三聚氰胺与苯甲醛成功的实现了交联，改善此种材料的热稳定性和加工工艺，保留了原有的孔道无序、孔道形状不规则、孔径大小分布范围宽的特点，提高了这种无序多孔材料的性能，尤其是热稳定性。本发明用于制备无序多孔材料——三聚氰胺/苯甲醛。
权利要求 :
1.一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法，其特征在于一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法是按以下步骤完成的：一、将苯甲醛和质量分数为25％的氨水加入到去离子水中，室温下搅拌30min～
60min，然后加入三聚氰胺，继续搅拌至混合均匀，然后转移至在γ射线辐射源下，在加速电压为300keV和γ射线辐射源下辐照时间10min～30min，辐照剂量为8Gy～12Gy，得到
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反应混合液；步骤一中所述的γ射线辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
二、将步骤一得到的反应混合液采用去离子水洗涤2～3次，再用乙醇洗涤1～2次，然后超声分散至均匀，再在5000～8000r/min条件下离心分离，分离得到的固体放置在温度为60～90℃烘箱中干燥8h～12h，即得到无序多孔材料；
步骤一中所述的苯甲醛与去离子水的体积比1:(2～3)；
步骤一中所述的质量分数为25％的氨水与去离子水的体积比3:(50～100)；
步骤一中所述的三聚氰胺和苯甲醛的摩尔比为1:(10～13)。
2.根据权利要求1所述的一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法，其特征在于步骤二中将步骤一得到的反应混合液采用去离子水洗涤2次，再采用乙醇洗涤1次，然后超声分散至均匀，再在6000～7500r/min条件下离心分离，分离得到的固体放置在温度为70～
80℃烘箱中干燥9h～11h，即得到无序多孔材料。
说明书 :
一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无序多孔材料的制备方法。
背景技术
[0002] 结构新颖、性能优异的碳纳米管的发现丰富了人们对碳的价键及构型的认识，在世界范围内掀起了碳材料研究热潮，不同结构及形貌的新型碳材料相继合成出来，如纳米葱、纳米锥和石墨烯等，将材料的研究带入了纳米时代。作为近几年来碳材料家族中的热点之一，碳球具有比表面积大、孔隙率高、热稳定和化学稳定好、阻尼性好等优异的性能。因此在催化剂载体、燃料电池、储氢材料、锂离子电极材料等方面得到了广泛的应用。然而作为碳球的原材料，也随着碳球一步步的发展起来，从最初的葡萄糖、蔗糖到后来的苯酚、间苯二酚再到如今的三聚氰胺。
[0003] 三聚氰胺，一种三嗪类含氮杂环有机化合物，含氮量极高，特殊的化学结构，近几年来成为合成各类树脂及碳材料的新型材料。三聚氰胺/甲醛树脂、三聚氰胺/甲醛树脂球、三聚氰胺/乙二醛涂布材料的发展无一不证实了这一点。但是现有方法技术实现室温条件下三聚氰胺与苯甲醛的进行交联，导致加工工艺苛刻的问题。
发明内容
[0004] 本发明要解决现有方法技术实现室温条件下三聚氰胺与苯甲醛的进行交联，导致加工工艺苛刻的问题，而提供一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法。
[0005] 一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法，具体是按以下步骤完成的：
[0006] 一、将苯甲醛和质量分数为25％的氨水加入到去离子水中，室温下搅拌30min～60min，然后加入三聚氰胺，继续搅拌至混合均匀，然后转移至在γ射线辐射源下，在加速电压为300KeV和γ射线辐射源下辐照时间10min～30min，辐照剂量为8GY～12GY，得到
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反应混合液；步骤一中所述的γ射线辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
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反应混合液；步骤一中所述的γ射线辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
[0007] 二、将步骤一得到的反应混合液采用去离子水洗涤2～3次，再用乙醇洗涤1～2次，然后超声分散至均匀，再在5000～8000r/min条件下离心分离，分离得到的固体放置在温度为60～90℃烘箱中干燥8h～12h，即得到无序多孔材料；
[0008] 步骤一中所述的苯甲醛与去离子水的体积比1:(1～4)；
[0009] 步骤一中所述的质量分数为25％的氨水与去离子水的体积比3:(20～120)；
[0010] 步骤一中所述的三聚氰胺和苯甲醛的摩尔比为1:(8～15)。
[0011] 本发明优点：本发明利用了γ射线辐射的方法成功的在室温条件下制备出了交60
联的无序多孔碳材料，其中以放射性同位素 Co为辐射源，使其三聚氰胺与苯甲醛成功的实现了交联，改善此种材料的热稳定性和加工工艺，保留了原有的孔道无序、孔道形状不规则、孔径大小分布范围宽的特点，提高了这种无序多孔材料的性能，尤其是热稳定性。因此由本发明制得的无序多孔材料将会在在色谱分析、水的净化、催化剂方面得到了极其广泛的应用。
联的无序多孔碳材料，其中以放射性同位素 Co为辐射源，使其三聚氰胺与苯甲醛成功的实现了交联，改善此种材料的热稳定性和加工工艺，保留了原有的孔道无序、孔道形状不规则、孔径大小分布范围宽的特点，提高了这种无序多孔材料的性能，尤其是热稳定性。因此由本发明制得的无序多孔材料将会在在色谱分析、水的净化、催化剂方面得到了极其广泛的应用。
[0012] 本发明制备的无序多孔材料的在大分子吸附、储能材料、电极材料、催化剂载体等方面都会有极大的前景。
附图说明
[0013] 图1是试验一制备的无序多孔材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0014] 图2是试验二制备的黑色粉末的X射线衍射图(XRD)；
[0015] 图3是试验二制备的黑色粉末的傅里叶变换红外光谱(FTIR)图；
[0016] 图4是试验二制备的黑色粉末的氮气吸脱附(BET)图；
[0017] 图5是试验二制备的黑色粉末的氮气吸脱附(BET)孔体积与体积比图。
具体实施方式
[0018] 具体实施方式一：本实施方式是一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法，具体是按以下步骤完成的：
[0019] 一、将苯甲醛和质量分数为25％的氨水加入到去离子水中，室温下搅拌30min～60min，然后加入三聚氰胺，继续搅拌至混合均匀，然后转移至在γ射线辐射源下，在加速电压为300KeV和γ射线辐射源下辐照时间10min～30min，辐照剂量为8GY～12GY，得到
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反应混合液；步骤一中所述的γ射线辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
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反应混合液；步骤一中所述的γ射线辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
[0020] 二、将步骤一得到的反应混合液采用去离子水洗涤2～3次，再用乙醇洗涤1～2次，然后超声分散至均匀，再在5000～8000r/min条件下离心分离，分离得到的固体放置在温度为60～90℃烘箱中干燥8h～12h，即得到无序多孔材料。
[0021] 本实施方式步骤一中所述的苯甲醛与去离子水的体积比1:(1～4)。
[0022] 本实施方式步骤一中所述的质量分数为25％的氨水与去离子水的体积比3:(20～120)。
[0023] 本实施方式步骤一中所述的三聚氰胺和苯甲醛的摩尔比为1:(8～15)。
[0024] 近20多年来，高能辐射技术在世界范围内发展迅猛，如β射线、γ射线，在工业上，可以用于聚乙烯交联、橡胶硫化等。近几年来，人们不断地致力于高能射线的研究，并60
成功地实现了 Co射线辐射引发活性自由基聚合反应，如苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的活性
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自由基聚合，以及聚丙烯表面的接枝聚合等。经过几年的发展，Co射线辐射引发活性自由基聚合的研究增多，取得了一些有意义的成果。与其他的辐射相比，γ射线辐射在工艺上具有明显优点，产物纯度高；由于射线的辐射穿透能力强，可以穿透玻璃或其它材质的反应器，而紫外光则易被玻璃吸收；反应温度低，可以在室温或更低的温度下进行；生产能力大及节能环保等。
成功地实现了 Co射线辐射引发活性自由基聚合反应，如苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的活性
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自由基聚合，以及聚丙烯表面的接枝聚合等。经过几年的发展，Co射线辐射引发活性自由基聚合的研究增多，取得了一些有意义的成果。与其他的辐射相比，γ射线辐射在工艺上具有明显优点，产物纯度高；由于射线的辐射穿透能力强，可以穿透玻璃或其它材质的反应器，而紫外光则易被玻璃吸收；反应温度低，可以在室温或更低的温度下进行；生产能力大及节能环保等。
[0025] 本实施方式利用了γ射线辐射的方法成功的在室温条件下制备出了交联的无序60
多孔碳材料，其中以放射性同位素 Co为辐射源，使其三聚氰胺与苯甲醛成功的实现了交联，改善此种材料的热稳定性和加工工艺，保留了原有的孔道无序、孔道形状不规则、孔径大小分布范围宽的特点，提高了这种无序多孔材料的性能，尤其是热稳定性。因此由本实施方式制得的无序多孔材料将会在在色谱分析、水的净化、催化剂方面得到了极其广泛的应用。
多孔碳材料，其中以放射性同位素 Co为辐射源，使其三聚氰胺与苯甲醛成功的实现了交联，改善此种材料的热稳定性和加工工艺，保留了原有的孔道无序、孔道形状不规则、孔径大小分布范围宽的特点，提高了这种无序多孔材料的性能，尤其是热稳定性。因此由本实施方式制得的无序多孔材料将会在在色谱分析、水的净化、催化剂方面得到了极其广泛的应用。
[0026] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的苯甲醛与去离子水的体积比1:(2～3)。其他与具体实施方式一相同。
[0027] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的质量分数为25％的氨水与去离子水的体积比3:(50～100)。其他与具体实施方式一或二相同。
[0028] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的三聚氰胺和苯甲醛的摩尔比为1:(10～13)。其他与具体实施方式一至三相同。
[0029] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中将步骤一得到的反应混合液采用去离子水洗涤2次，再采用乙醇洗涤1次，然后超声分散至均匀，再在6000～7500r/min条件下离心分离，分离得到的固体放置在温度为70～80℃烘箱中干燥9h～11h，即得到无序多孔材料。其他与具体实施方式一至四相同。
[0030] 采用下述试验验证本发明效果：
[0031] 试验一：一种利用γ射线制备无序多孔材料的方法，具体是按以下步骤完成的：一、将苯甲醛和质量分数为25％的氨水加入到去离子水中，室温下搅拌30min，然后加入三聚氰胺，继续搅拌至混合均匀，然后转移至在γ射线辐射源下，在加速电压为300KeV和γ射线辐射源下辐照时间10min，辐照剂量为10GY，得到反应混合液；步骤一中所述的γ射线
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辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
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辐射源中辐射源为放射性同位素 Co；
[0032] 二、将步骤一得到的反应混合液采用去离子水洗涤2次，再用乙醇洗涤1次，然后超声分散至均匀，再在8000r/min条件下离心分离，分离得到的固体放置在温度为60℃烘箱中干燥12h，即得到无序多孔材料。
[0033] 本试验步骤一中所述的苯甲醛与去离子水的体积比1:2。
[0034] 本试验步骤一中所述的质量分数为25％的氨水与去离子水的体积比1:15。
[0035] 本试验步骤一中所述的三聚氰胺和苯甲醛的摩尔比为1:12。
[0036] 采用扫描电子显微镜观察本试验制备的无序多孔材料；如图1所示，图1是试验一制备的无序多孔材料的扫描电子显微镜(SEM)图；通过图1表征无序多孔材料孔大孔道不均匀，比表面积大。
[0037] 试验二：将试验一制得的无序多孔材料至于管式炉，在N2(氮气)的保护下以5min/℃的升温速率升至600℃，保持7h，自然冷却至室温，得到黑色粉末。
[0038] 采用X射线衍射仪观察本试验制备的黑色粉末；如图2所示，图2是试验二制备的黑色粉末的X射线衍射图(XRD)；通过图2可表征在25.5°有明显的特征衍射峰，对应于石墨的(002)晶面，表示材料为碳材料。
[0039] 采用傅里叶变换红外光谱仪观察本试验制备的黑色粉末；如图3所示，图3是试验二制备的黑色粉末的傅里叶变换红外光谱(FTIR)图；通过图3基本无明显的特征峰，可证明基本全部为石墨晶体。
[0040] 采用氮气吸脱附观察本试验制备的黑色粉末；如图4和图5所示，图4是试验二制备的黑色粉末的氮气吸脱附(BET)图，图5是试验二制备的黑色粉末的氮气吸脱附(BET)孔体积与体积比图；通过图4和图5可得到表1，通过表1可知本发明制备的无序多孔材料孔径均一，且充分说明其比表面积大。
[0041] 表1
[0042]