有序介孔炭合成、改性及其对汞离子的吸附性能

以有序介孔硅基材料(SBA-15)为模板,内烯酸低聚物为前驱物合成有序介孔结构的炭材料(OMC),并以化学方法将含氮基官能闭嫁接在有序介孔炭的表面.利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附(BET)对介孔炭进行表征.结果表明:表面改性后有序介孔炭的结构发生一定变化,但孔道特征仍保持二维六方有序性.合成的有序介孔炭及经乙二胺表而改性后胺化有序介孔炭的比表而积、平均介孔直径、平均孔容积分别为607 m2/g,4.1 nm,0.62 cm3/g和558 m2/g,3.8 nm,0.58cm3/g.对有序介孔炭及改性有序介孔炭进行的汞吸附实验,发现表面改性前后有序介孔炭对Hg(II)的吸附性能发生显著变化.嫁接胺基功能团后,其吸附容量增加一倍,表明胺基改性的OMC对汞有亲和作用.     

以Ni-Fe双层氢氧化物为模板制备高度石墨化介孔炭(英文)

在相对较低的温度下,以蔗糖为碳源,Ni-Fe(Ni/Fe=2)双层氢氧化物作为催化剂前驱体和模板,通过固相法制备石墨化介孔炭。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱法(Raman)对产物的结构和形貌进行表征。结果显示该材料具有较高的石墨化程度。氮气吸附和孔径分布显示制备出的石墨化炭的孔径分布均匀;同时,对石墨化炭的形成过程进行了分析。     

无外加酸体系中AlSBA-15为模板,有序介孔炭材料CMK-3的合成与表征

在无外加酸体系中改变晶化温度合成Al SBA-15介孔材料,并以此为刚性模板,蔗糖为碳源,合成出一系列具有不同孔结构的有序介孔炭材料CMK-3,系统考察晶化温度对Al SBA-15和其反相复制结构CMK-3孔道结构的影响。结果显示在无外加酸合成体系中改变晶化温度可对Al SBA-15的孔道结构进行有效调控,通过结构复制技术可制备出具有不同结构的CM K-3。控制刚性模板Al SBA-15的晶化温度为90℃,所得介孔炭材料CM K-3(CM K-3(90))结构最佳,除介孔排列高度有序外,还具有高比表面积(1688 m2·g-1)和大孔容(0.95 cm3·g-1)。另外,对CMK-3的微孔性质与刚性模板孔壁中的次级介孔结构的内在联系进行研究,发现调变刚性模板的晶化温度可以有效改善有序介孔炭材料CMK-3的结构性质。     

大孔-介孔分级孔结构炭材料制备及性能研究

以聚苯乙烯微球以及F127嵌段共聚物自组装结构为模板,酚醛树脂低聚物为碳前驱体,双模板法合成了大孔-介孔分级孔结构的炭材料.对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮吸附-脱附测试,并研究了样品的电化学性能.结果表明,利用这种简便的合成方法可以得到具有三维连通大孔以及二维有序介孔结构的分级孔结构炭材料,大孔尺寸在1μm左右,介孔孔径集中分布在5nm,比表面积为353.8m2/g,孔容0.36cm3/g.利用三电极体系测试了产品作为电化学双电层电容器电极材料的性能,在50mA/g的电流密度下,放电质量比电容为40F/g.     

柠檬酸盐为碳前驱体制备介孔炭及其在电化学电容器中的应用(英文)

热解柠檬酸镁或柠檬酸钡,制备了两种介孔炭(MgC或BaC),并将其用作双电层电容器电极材料。采用氮气吸附、扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱对所制介孔炭进行表征。结果表明:所制介孔炭孔结构与柠檬酸盐所含金属阳离子有关。其中,BaC呈典型的双峰孔径分布,最可几孔径分别为3.8nm和15nm;而MgC的孔道主要是小尺寸的介孔或微孔。通过循环伏安、恒流充放电法测试所制介孔炭作为电化学电容器电极材料时的电化学性质。测试表明,在离子液体中MgC和BaC都具有很高的比电容值,分别达到180F.g-1和171F.g-1。其中,BaC的倍率性能良好,能量密度可达到53.3Wh.kg-1,最大功率密度为20kW.kg-1。BaC优良的电容特性主要归因于其孔径双峰分布的孔结构和亲水性表面化学性质。     

新型两亲性嵌段共聚物导向合成有序大孔径介孔材料的研究进展

自从1992年首次报道介孔氧化硅分子筛M41S系列以来, 人们采用各种商业化表面活性剂为模板, 合成了多种骨架组成、丰富的有序介观结构、不同孔径尺寸的介孔材料, 并将其应用在能源、环境、催化等诸多领域。然而, 由于常规商业化模板剂的分子量大小有限, 合成的介孔材料具有较小的孔径(< 8.0 nm), 从而极大地限制了其面对大尺寸客体分子的相关应用。此外, 利用常规模板剂难以合成出具有晶化墙壁的介孔金属氧化物材料。近年来, 大分子量两亲性嵌段共聚物相继被报道用来合成新型介孔材料, 本文将综述基于这种嵌段共聚物为模板剂合成各种具有大孔径和晶化墙壁介孔材料的研究进展。     

双介孔SiO_2的原位合成及表征

以富含大孔或大介孔结构的硅胶为原料,在其上通过原位晶化合成具有小介孔-大介孔双孔分布的复合SiO2,并利用N2吸附-脱附、X射线衍射、扫描电镜、透射电子显微镜等手段对SiO2的物化性能和孔分布进行了表征。结果表明,所制备的样品具有双孔分布,孔径分别在3和45nm左右;小介孔的孔结构与MCM-41介孔类似,负载于硅胶表面及大孔孔壁上;大介孔的孔径较硅胶孔径有所减小,但未被完全填充堵塞。通过改变TEOS/大孔硅胶及CTAB/TEOS的配比可以实现对双介孔SiO2孔分布的调控。     

硝酸镍在模板法制备中孔炭中的作用

以热固性酚醛树脂(Thermosetting phenol resin,TPR)为炭前驱体,纳米SiO2为模板、硝酸镍为添加剂制备中孔炭(Mesoporous carbons,MCs).借助比表面积测定仪和X-射线衍射分析仪,研究了添加剂加入前后中孔炭孔结构和微晶结构的变化.结果表明:加入适当含量的硝酸镍可提高中孔炭的比表面积,同时增加炭的石墨化度;通过调节硝酸镍的含量,可以制备具有孔径分布集中在4nm和10nm左右的双峰分布的中孔炭.     

以间苯二酚-甲醛溶胶和MCM-48原粉制备有序介孔炭分子筛

以含有机模板的介孔纯硅分子筛MCM- 48原粉为模板,以间苯二酚(R)-甲醛溶胶为炭源制备了有序介孔炭分子筛.考察了w(R)/w(MCM- 48)和w(R)/w(H2O)对合成介孔炭分子筛的影响.产物用N2吸附/脱附、XRD、SEM、TEM和TG等手段进行了表征.结果表明,w(R)/w(MCM- 48)和w(R)/w(H2O)对所得到的介孔炭分子筛的有序性和比表面积有较大的影响.优化的w(R)/w(MCM- 48)比为0.50～0.65、w(R)/w(H2O)比为0.15～0.35,此时,能形成比表面积大于1125m2/g、平均孔径在2.2～2.4nm、具有规则介孔结构的炭分子筛,且这种炭分子筛具有高的热稳定性.     

1,3,5-三甲苯扩孔改性硼掺杂有序介孔炭

以F108为模板剂,1,3,5-三甲苯(TMB)为有机扩孔剂,采用溶剂挥发诱导自组装的方法成功制备出了具有较大孔径、比表面积和有序性高的硼掺杂有序介孔炭。探究了扩孔剂用量对硼掺杂介孔炭结构的影响,并对其电化学性能和扩孔机理进行了分析。结果表明,当扩孔剂与模板剂的用量比为1.5时,所得的介孔炭TMB-1.5的孔径最大(4.2nm),比表面积最高(666m~2/g)。相对于未扩孔改性的介孔炭,孔径和比表面积分别提高了5%和10%。扩孔改性后的硼掺杂介孔炭具有良好的电化学性能,在0.2A/g电流密度下的比电容高达235F/g。     

双模板结构导向剂制备有序介孔炭

以间苯二酚/甲醛制备的酚醛树脂为碳前躯体,三嵌段共聚物F127和P123作为主辅结构导向剂,采用有机-有机自组装的方法制备有序介孔炭(Ordered mesoporous carbons,简称OMCs)。采用X射线衍射仪、透射电镜和N2吸/脱附手段对所制OMCs进行表征,研究了反应时间以及主辅模板剂的比例对介孔孔道结构的影响。结果表明,随着反应时间从24h延长至72 h,介孔炭有序性先增后减;当主辅模板剂F127/P123摩尔比为0.002 7∶0.002 7时,所得介孔炭有序性较好,为P6mm型孔道结构,介孔孔容和比表面积分别为0.59 cm3/g和640.34 m2/g,平均孔径为3.68 nm.     

High surface area ordered mesoporous carbon for high-level removal of rhodamine B

We report the synthesis of ordered mesoporous carbons (OMCs) with high surface area by the variation of mass ratio of tetraethylorthosilicate (TEOS) to resol, followed by carbonization and removal of silica. The obtained OMCs were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, N₂ adsorption and desorption analysis, Zeta potential and Fourier transform infrared spectroscopy. Results reveal that the OMCs were transformed from ordered to disordered structure at high mass ratio of TEOS/resol. A typical sample of OMCs possesses very high specific surface area of 1906 m² g^?1 and large pore volume of 1.8 cm³ g^?1. The OMCs as adsorbent show an ultrahigh-level adsorption capacity for the removal of toxic dye Rhodamine B (1028 mg g^?1) in the short contact time (60 min). The adsorption follows pseudo second-order kinetics with rate constant 2.5 × 10^?4 g mg^?1 min^?1, showing rapid adsorption properties. The OMCs can be reused; though the adsorption capacity seems to decrease somewhat after each cycle tested over 10 reuse cycles, it might be affected by the chemisorptions. The adsorption mechanism study reveals that the adsorption proceeds with hydrogen bonding between hydrogen atom of carboxylic group at OMCs and electronegative element (nitrogen) of RhB. It is concluded that the surface area and pore volume of the OMCs is tuned by the variation of mass ratio of TEOS to resol which is also demonstrated to have ultrahigh adsorption capacity for the model RhB dye.     

非水体系快速挥发法直接合成有序介孔炭

采用非水溶剂快速挥发法,以表面活性剂和酚醛树脂为结构导向剂和碳前驱体制备介孔炭.通过透射电镜、氮吸附-脱附和扫描电镜对产品的结构进行了表征.结果表明:所制介孔炭具有高度有序的二维六方结构.表面活性剂与酚醛树脂的配比对介孔炭的有序性有较大的影响,当其质量比高于1:0.25时,可保持良好的有序度.随着比值的减小,有序度逐渐降低.与蔗糖液相浸渍法相比,非水体系快速挥发法所制介孔炭具有较少的外微及大孔.     

Mesoporous carbon nanosheets derived from tubular halloysite and furfuryl alcohol with different concentrations

Mesoporous carbon nanosheets with high surface areas and large total pore volumes were prepared using tubular halloysite as inorganic matrix and furfuryl alcohol (FA) as carbon precursor by a template-like method. Field emission scanning electron microscope, high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and nitrogen adsorption analysis were employed to characterize the morphologies and pore structures of the samples. It is found that tunable mesoporous carbons can be obtained by adjusting FA volume concentration. Lowering FA concentration leads to an increase in the BET specific surface area and narrowing of the mesopore size distribution.     

不同引发体系和反应条件对异戊二烯聚合影响

研究了不同的引发剂以及不同Ti／Ip（摩尔比）、不同Al／Ti（摩尔比）比、不同温度对异戊二烯的聚合引发效率和聚合物相对分子质量的影响。对比了不同引发体系引发效率的影响。通过红外谱图、核磁共振谱图表征了聚合产物的微观链节结构。研究结果表明,不同引发体系引发异戊二烯的聚合对引发效率的影响基本相同。以SiOz和ggCi2为载体负载TiCl4引发剂为例研究了聚合引发效率的影响因素,结果表明,引发效率随Ti／Ip的增加而增加,而聚合物相对分子质量随Ti／Ip的增加而减小,得到引发效率的最佳A1／Ti=100。聚合温度范围在30℃～45℃时为最佳。与一般的Ziegler--Natta引发剂的规律相同,聚合所得的聚异戊二烯相对分子质量随引发剂用量的增加而降低;在聚合温度低于30℃时,产物的特性黏数随温度的提高而上升,高于45℃以后,特性黏数随温度的提高而下降,下降程度随着C8H27OH／Ti值的上升而降低;产物的特性黏数随温度的提高而下降。在负载引发剂得到的聚合物样品中,大部分为反1,4-结构,而3,4-结构的含量甚微。通过不同引发体系的对比发现TiCla和钛酸酯引发剂并用体系在相应条件下引发异戊二烯聚合时聚合产物中3,4-结构含量较多。     

不同结构中孔炭材料的制备和热稳定性研究

利用溶剂挥发自组装的方法制备了2种不同孔结构中孔炭材料。低温N2吸脱附、SAXS、HRSEM和TEM测试表明,所制备的材料分别具有柱状结构和墨水瓶状的中孔结构。考察了不同炭化温度对2种结构中孔炭的影响,结果表明柱状结构的中孔炭材料具有较好的热稳定性。     

介孔炭作为加氢脱硫催化剂载体材料的研究

以介孔硅SBA-15为模板,焦糖和呋喃醇为碳源,通过多种浇注法制备介孔炭材料.采用低温氮吸附、透射电镜和X射线小角衍射分析模板及介孔炭的织构.结果显示合成的介孔炭成功地复制了SBA-15的结构.以制备的介孔炭作载体担载钴钼合成了加氢脱硫催化剂,利用X射线能谱、透射电镜能量分布谱及一氧化氮化学吸附评估了催化剂的活性及活性点分布,结果表明介孔炭担载的催化剂活性高于活性炭担载的同类催化剂.     

埃洛石为模板合成中孔炭

以天然矿物埃洛石为模板, 蔗糖为碳源合成了具有“壳-核”结构的中孔炭。通过SEM、TEM、N₂吸附、XRD、Raman、TG对样品进行了形貌和结构表征。结果表明: 模板炭具有一维管状结构, 与埃洛石具有相似的形貌。经过700℃和900℃炭化后的模板炭比表面积达到了945 m²/g和1147 m²/g, 孔容和中孔率也较埃洛石有了很大的提高。去除模板后得到的模板炭具有很高的纯度, 为无定形炭。升高炭化温度, 模板炭的拉曼特征参数R值降低, 热分解温度由563℃提高到623℃。同时, 对模板炭的形成过程及孔道形成机理进行了分析和讨论。     

氯气刻蚀中孔碳化钛制备分等级孔结构炭材料

以钛酸正丁酯为钛源、蔗糖为炭源,采用溶胶-凝胶法制得有机-无机复合干凝胶,后经高温炭热反应、氯气化学刻蚀分别得到中孔碳化钛及碳化物基炭材料(CDCS).通过XRD、Raman、SEM、TEM和氮气吸附等表征,考察了钛酸正丁酯/蔗糖摩尔比例(R)对所制碳化钛和CDCS的孔结构和物理特性的影响.结果表明:在碳热过程所形成的中孔和大孔孔隙能够在氯气刻蚀过程中保持并传递给最终的炭材料.所制CDCS具有三种不同层次的孔隙结构,分别为氯气刻蚀碳化钛品体所产生的微孔、源自蔗糖残留炭中所含的3nm～4nm中孔以及炭颗粒间相互叠加和连接所形成的大孔.通过改变R比值,所制CDCS的BET比表面积和孔容分别在1479m2/g～1640m2/g和1.06cm3/g～2.03cm3/g之间可调.     

可控粒径mTiO2/mSiO2及其中空结构mSiO2微球制备

近年来,mTiO_2/mSiO_2复合材料和中空结构介孔二氧化硅在生物催化、药物控释等领域展现出良好的应用前景。在乙醇体系下,以十六胺为模板剂,运用自组装原理制备出介孔氧化钛;并运用晶种法,通过改变TEOS量、模板剂用量、异丙醇和水的用量制备出一种粒径大小在0.80~1.92μm范围内可控的mTiO_2/mSiO_2复合材料;最后在乙醇体系中加入盐酸冷凝回流制备出中空结构介孔二氧化硅微球。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对合成的产物进行表征。