专利名称：一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及炭空心材料的制备方法。
背景技术：
炭材料具有价格低、轻质、耐热、化学性能稳定等特点，在隔热、催化、吸附等领域具有重要的应用价值。为了提高炭材料的使用价值，目前开发了多种结构的炭材料，其中炭空心微球由于具有高比表面积和轻质的特性，在催化、吸附分离、污染物处理及电容器和电池材料中得到了广泛的应用。目前制备的炭空心微球的方法主要为模板法，但由于去除模板过程中，常导致壳体出现穿孔，甚至发生破裂现象，所以得到的空心微球在液相介质中，往往使所处理的溶液渗入到空心球内部，从而使炭空心微球丧失了轻质的特性，使用后，需要高速离心等方法进行分离。这就降低了材料的循环使用效率，提高了材料使用成本。
发明内容
本发明是要解决现有方法制备的炭空心材料存在的丧失了轻质的特性，使用后，需要高速离心等方法进行分离，导致材料的循环使用效率降低，材料的使用成本提高的技术问题，从而提供了一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法。本发明的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法是按以下步骤进行:一、将2 4g玻璃空心微珠加入50 80mL蒸懼水中，超声分散5 IOmin ；二、重复步骤一 3 5次后，用50 80mL的无水乙醇清洗玻璃空心微珠2 4次，然后将玻璃空心微珠在50 80°C下加热干燥，得到干燥的玻璃空心微珠；三、将步骤二得到的干燥的玻璃空心微珠加入到聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液或硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，得到混合物A ;其中，聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液由2.5 5g聚乙烯基吡咯烷酮和100 120mL无水乙醇组成，硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液由2.5 5g硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷和100 120mL无水乙醇组成；四、将步骤三得到的混合物A在25 35°C下搅拌5 8h，然后静置0.5 1.5h至分层，除去下层液体，再加入50 80mL的无水乙醇反复清洗两遍，然后放入40 50°C烘箱中烘干，得到聚乙烯基吡咯烷酮或硅烷偶联剂处理的玻璃空心微珠；五、将0.1 1.2g表面活性剂十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵加入到40 60mL的去离子水中，得到溶液A ;六、将苯胺或吡咯单体减压蒸馏，取减压蒸馏后的苯胺或吡咯单体0.8 1.2mL,加入到体积为40 60mL，pH值为0.5 1.5的盐酸水溶液中，得到的溶液B ；七、将步骤四得到的空心玻璃微珠加入到步骤五的溶液A与步骤六的溶液B的混合溶液中，搅拌30 50min，得到混合物B ；
八、取2 3g过硫酸铵加入到体积为40 60mL，pH值为0.5 1.5的盐酸水溶液中，在5 20°C下将该溶液滴加到步骤七的混合物B中，搅拌8 12h后，得沉淀物，在分液漏斗中用50 80mL的蒸馏水和50 80mL的无水乙醇交替洗涤沉淀物3 5次，然后将清洗后的产物干燥，得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料；九、将步骤八得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料在氮气气氛下加热，从室温加热至650 900°C，升温速率为每分钟5 10°C，加热时间为I 3h，得到炭附载玻璃轻质复合空心材料。本发明包括以下有益效果:1、本发明制备的炭附载玻璃轻质复合空心材料，具有封闭的空腔结构，空腔内部填充气体因此材料密度低，实验结束后可自发漂浮于液体表面，可利用简单的分液方式从体系中分离，不需要高速离心等方法进行分离，从而不会导致降低材料的循环使用效率，降低了材料的使用成本。2、本发明制备的炭附载玻璃轻质复合空心材料表层是由聚苯胺或聚吡咯形成的炭材料，含有氮元素，可诱导具有催化性能的金属负载，因此可作为吸附、分离、催化剂载体使用，而其惰性气氛下的高耐温性和封闭的空心结构，又使其在高温隔热等领域具有潜在的应用价值。3、本发明的方法解决了炭空心微球制备方法复杂的问题，所制备的材料可用于催化剂载体、吸附剂、隔热等领域。
图1为试验一步骤八制备的聚苯胺玻璃微珠的复合材料的扫描电镜照片；图2为试验一制备的炭玻璃微珠的复合材料的扫描电镜照片；
具体实施例方式具体实施方式
一:本实施方式的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法是按以下步骤进行:一、将2 4g玻璃空心微珠加入50 80mL蒸懼水中，超声分散5 IOmin ；二、重复步骤一 3 5次后，用50 80mL的无水乙醇清洗玻璃空心微珠2 4次，然后将玻璃空心微珠在50 80°C下加热干燥，得到干燥的玻璃空心微珠；三、将步骤二得到的干燥的玻璃空心微珠加入到聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液或硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，得到混合物A ;其中，聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液由2.5 5g聚乙烯基吡咯烷酮和100 120mL无水乙醇组成，硅烷偶联剂Y -氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液由2.5 5g硅烷偶联剂Y -氨丙基三乙氧基硅烷和100 120mL无水乙醇组成；四、将步骤三得到的混合物A在25 35°C下搅拌5 8h，然后静置0.5 1.5h至分层，除去下层液体，再加入50 80mL的无水乙醇反复清洗两遍，然后放入40 50°C烘箱中烘干，得到聚乙烯基吡咯烷酮或硅烷偶联剂处理的玻璃空心微珠；五、将0.1 1.2g表面活性剂十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵加入到40 60mL的去离子水中，得到 溶液A ;六、将苯胺或吡咯单体减压蒸馏，取减压蒸馏后的苯胺或吡咯单体0.8 1.2mL,加入到体积为40 60mL，pH值为0.5 1.5的盐酸水溶液中，得到的溶液B ；
七、将步骤四得到的空心玻璃微珠加入到步骤五的溶液A与步骤六的溶液B的混合溶液中，搅拌30 50min，得到混合物B ；八、取2 3g过硫酸铵加入到体积为40 60mL，pH值为(λ 5 L 5的盐酸水溶液中，在5 20°C下将该溶液滴加到步骤七的混合物B中，搅拌8 12h后，得沉淀物，在分液漏斗中用50 80mL的蒸馏水和50 80mL的无水乙醇交替洗涤沉淀物3 5次，然后将清洗后的产物干燥，得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料；九、将步骤八得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料在氮气气氛下加热，从室温加热至650 900°C，升温速率为每分钟5 10°C，加热时间为I 3h，得到炭附载玻璃轻质复合空心材料。本实施方式包括以下有益效果:1、本实施方式制备的炭附载玻璃轻质复合空心材料，具有封闭的空腔结构，空腔内部填充气体因此材料密度低，实验结束后可自发漂浮于液体表面，可利用简单的分液方式从体系中分离，不需要高速离心等方法进行分离，从而不会导致降低材料的循环使用效率，降低了材料的使用成本。2、本实施方式制备的炭附载玻璃轻质复合空心材料表层是由聚苯胺或聚吡咯形成的炭材料，含有氮元素，可诱导具有催化性能的金属负载，因此可作为吸附、分离、催化剂载体使用，而其惰性气氛下的高耐温性和封闭的空心结构，又使其在高温隔热等领域具有潜在的应用价值。3、本实施方式的方法解决了炭空心微球制备方法复杂的问题，所制备的材料可用于催化剂载体、吸附剂、隔热等领域。
具体实施方式
二:本实施方式与具体实施方式
一不同的是:步骤一中将2g玻璃空心微珠加入50mL蒸馏水中。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是:步骤二中用50mL的无水乙醇清洗玻璃空心微珠2次。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四:本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是:步骤二中将空心玻璃微珠在50°C下加热干燥。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五:本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是:步骤三中聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液由3.25g聚乙烯基吡咯烷酮和IlOmL无水乙醇组成。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六:本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是:步骤四中混合物A在30°C下搅拌6.5h，然后静置lh。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七:本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是:步骤六中加入到体积为50mL，pH值为I的盐酸水溶液中。其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八:本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是:步骤八中取
2.5g过硫酸铵加入到体积为50mL，pH值为I的盐酸水溶液中。其它与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
九:本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是:步骤八中用65mL的蒸馏水和65mL的无水乙醇交替洗涤沉淀物3次。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十:本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是:步骤九中从室温加热至800°C，升温速率为每分钟10°C，加热时间为2h。其它与具体实施方式
一至九之一相同。通过以下试验验证本发明的有益效果:试验一:本试验的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法是按以下步骤实现的:—、将2g玻璃空心微珠加入50mL蒸懼水中，超声分散5min ；二、重复步骤一 3次后，用50mL的无水乙醇清洗玻璃空心微珠2次，然后将玻璃空心微珠在50°C下加热干燥，得到干燥的玻璃空心微珠；三、将步骤二得到的干燥的玻璃空心微珠加入到聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液或硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，得到混合物A ;其中，聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液由3.25g聚乙烯基吡咯烷酮和IlOmL无水乙醇组成，硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液由3.25g硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷和IlOmL无水乙醇组成；四、将步骤三得到的混合物A在30°C下搅拌6.5h，然后静置Ih至分层，除去下层液体，再加入65mL的无水乙醇反复清洗两遍，然后放入45°C烘箱中烘干，得到聚乙烯基吡咯烷酮或硅烷偶联剂处理的玻璃空心微珠；五、将Ig表面活性剂十二 烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵加入到50mL的去离子水中，得到溶液A ;六、将苯胺单体减压蒸馏，取减压蒸馏后的苯胺单体1.0mL，加入到体积为50mL，pH值为I的盐酸水溶液中，得到的溶液B ;七、将步骤四得到的空心玻璃微珠加入到步骤五的溶液A与步骤六的溶液B的混合溶液中，搅拌40min，得到混合物B ；八、取2.5g过硫酸铵加入到体积为50mL，pH值为I的盐酸水溶液中，在5°C下将该溶液滴加到步骤七的混合物B中，搅拌IOh后，得沉淀物，在分液漏斗中用65mL的蒸馏水和65mL的无水乙醇交替洗涤沉淀物3次，然后将清洗后的产物干燥，得到聚苯胺玻璃微珠的复合材料；九、将步骤八得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料在氮气气氛下加热，从室温加热至800°C，升温速率为每分钟10°C，加热时间为2h，得到炭附载玻璃轻质复合空心材料。本试验步骤八制备的聚苯胺玻璃微珠的复合材料的扫描电镜照片如图1所示，从图1可以看出，玻璃微珠表面均匀覆盖上一层絮状高分子材料，而空白的玻璃微珠表面光滑，复合后的表面特征与未复合前相差较大，可以认定表面覆盖的材料为苯胺，说明大部分苯胺在玻璃空心微球表面成功聚合。本试验制备的炭玻璃微珠的复合材料的扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，炭玻璃微珠的复合材料仍然保持原来的组织形态，但是表面变得更加光滑并且表面具有一些不规则形状的颗粒，这说明大部分聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料发生炭化。
权利要求
1.一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法是按以下步骤进行: 一、将2 4g玻璃空心微珠加入50 80mL蒸懼水中，超声分散5 IOmin； 二、重复步骤一3 5次后，用50 80mL的无水乙醇清洗玻璃空心微珠2 4次，然后将玻璃空心微珠在50 80°C下加热干燥，得到干燥的玻璃空心微珠； 三、将步骤二得到的干燥的玻璃空心微珠加入到聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液或硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，得到混合物A ;其中，聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液由2.5 5g聚乙烯基吡咯烷酮和100 120mL无水乙醇组成，硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液由2.5 5g硅烷偶联剂Y-氨丙基三乙氧基硅烷和100 120mL无水乙醇组成； 四、将步骤三得到的混合物A在25 35°C下搅拌5 8h，然后静置0.5 1.5h至分层，除去下层液体，再加入50 80mL的无水乙醇反复清洗两遍，然后放入40 50°C烘箱中烘干，得到聚乙烯基吡咯烷酮或硅烷偶联剂处理的玻璃空心微珠； 五、将0.1 1.2g表面活性剂十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵加入到40 60mL的去离子水中，得到溶液A ; 六、将苯胺或吡咯单体减压蒸馏，取减压蒸馏后的苯胺或吡咯单体0.8 1.2mL，加入到体积为40 60mL，pH值为0.5 1.5的盐酸水溶液中，得到的溶液B ； 七、将步骤四得到的空心玻璃微珠加入到步骤五的溶液A与步骤六的溶液B的混合溶液中，搅拌30 50min，得到混合物B ； 八、取2 3g过硫酸铵加入到体积为40 60mL，pH值为0.5 1.5的盐酸水溶液中，在5 20°C下将该溶液滴加 到步骤七的混合物B中，搅拌8 12h后，得沉淀物，在分液漏斗中用50 80mL的蒸馏水和50 80mL的无水乙醇交替洗涤沉淀物3 5次，然后将清洗后的产物干燥，得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料； 九、将步骤八得到聚苯胺或聚吡咯玻璃微珠的复合材料在氮气气氛下加热，从室温加热至650 900°C，升温速率为每分钟5 10°C，加热时间为I 3h，得到炭附载玻璃轻质复合空心材料。
2.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤一中将2g玻璃空心微珠加入50mL蒸馏水中。
3.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤二中用50mL的无水乙醇清洗玻璃空心微珠2次。
4.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤二中将空心玻璃微珠在50°C下加热干燥。
5.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤三中聚乙烯基吡咯烷酮的乙醇溶液由3.25g聚乙烯基吡咯烷酮和IlOmL无水乙醇组成。
6.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤四中混合物A在30°C下搅拌6.5h，然后静置Ih。
7.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤六中加入到体积为50mL，pH值为I的盐酸水溶液中。
8.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤八中取2.5g过硫酸铵加入到体积为50mL，pH值为I的盐酸水溶液中。
9.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤八中用65mL的蒸馏水和65mL的无水乙醇交替洗涤沉淀物3次。
10.根据权利要求1所述的一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，其特征在于步骤九中从室温 加热至800°C，升温速率为每分钟10°C，加热时间为2h。
全文摘要
一种炭附载玻璃轻质复合空心材料的制备方法，涉及炭空心材料的制备方法。本发明是要解决现有方法制备的炭空心材料存在的丧失了轻质的特性，使用后，需要高速离心等方法进行分离，导致材料的循环使用效率降低，材料的使用成本提高的技术问题。方法如下空心玻璃微珠清洗后，用聚乙烯吡咯烷酮或硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液处理，然后将其加入到苯胺或吡咯单体、十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵与盐酸的混合物中，滴加过硫酸铵的盐酸溶液，再用蒸馏水和无水乙醇交替清洗产物，干燥，然后在氮气气氛下加热，得到炭附载玻璃轻质复合空心材料。本发明制备的炭附载玻璃轻质复合空心材料应用于催化剂载体、吸附剂、隔热等领域。
文档编号C01B31/02GK103113028SQ201310071149
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者徐慧芳, 徐云鹤, 宋建伟, 井晶, 刘丽, 黄玉东 申请人:哈尔滨工业大学