酚醛树脂基球形微-介双阶多孔炭的软模板法制备-应用化学.pdf

第３０卷 第４期 应 用 化 学 Ｖｏｌ．３０Ｉｓｓ．４ ２０１３年４月 　　　　　　　ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　　　　　　　 Ａｐｒ．２０１３ 酚醛树脂基球形微介双阶多孔炭的软模板法制备  赵　鑫　李　伟　刘守新 　李　斌 （东北林业大学，生物质材料科学与技术教育部重点实验室　哈尔滨 １５００４０） 摘　要　将苯酚和甲醛在碱性条件下聚合，然后在酸性条件下与软模板剂Ｆ１２７自组装形成中间相，经高温煅 烧合成球形微介双阶多孔炭。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附脱附和热重分析技术对样品 进行了形貌观察和性能测试。结果表明，ｐＨ值、软模板剂用量和活化温度对样品形貌有调控作用。当软模板 剂Ｆ１２７的质量分数为２０％、ｐＨ值为０５和活化温度为７００℃时，可制备出直径为１００～２００ｎｍ的球形炭，球 ２ ３ 形粒子分散均匀，排列规整，呈明显蠕虫状排列的孔隙结构，比表面积为５０３ｍ／ｇ，孔容积０４１６ｃｍ／ｇ，介孔 孔径集中分布在２９ｎｍ，微孔主要分布在１３ｎｍ。随着活化温度升高，炭球的比表面积和孔容积增大，平均 孔径减小。Ｆ１２７的热解形成介孔结构，碳前驱体高温下的径向收缩形成微孔结构。 关键词　纳米球形，微介双阶，多孔炭，软模板法，酚醛树脂 中图分类号：Ｏ６３１．５　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００００５１８（２０１３）０４０４２００７ ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０９５．２０１３．２０２７８ 双阶多孔炭材料是一类综合２种孔结构特征，具有高度组织协调化功能的新型炭材料，包括微介 孔、微大孔、介大孔和介介孔炭。由于其分级的有序孔结构，在吸附、扩散、传质和导电等方面远优于 ［１６］ 单一孔结构材料 。其中微介双阶多孔炭不但具有独特的微、介双孔结构，还能通过介孔提高扩散速 ［７８］ ［９］ 率，利用微孔提供更大的比表面积和吸附性能，为炭研究开辟了新领域。Ｘｉｎｇ等 、Ｗａｎｇ等 和范海 ［１０］ 娟等 以酚醛树脂为前驱体，分别利用模板法与水蒸汽活化、ＫＯＨ活化和ＣＯ活化制备了无规则结构 ２ 的多阶孔炭材料，但其应用范围有限。因此，制备具有规整结构的多孔炭材料具有重要的研究意义。 采用模板法可通过调整模板剂种类和用量实现对孔结构的控制［１１］ ［９］ 。软模板法 是用比较温和的 两亲分子表面活性剂为模板，使之在溶液中形成软胶束结构，在适宜酸碱条件下通过氢键和库仑力作用 形成中间相，高温煅烧脱除中间相形成典型的多孔结构。该法易操作、易控制，其良好的孔结构能提供 反应空间和动态平衡空腔，物质可以通过扩散进出腔壁。应用软模板法制备球形微介双阶多孔炭材料 时需要考虑以下因素：选择合适的炭前驱体［１２１３］、球形形貌的控制、介孔和微孔的形成［１４１７］。目前，介孔 结构的形成主要是以三嵌段共聚物为模板进行有机有机自组装。据报道［１８２１］，以聚合度不同的２种嵌 段共聚物聚环氧乙烯聚环氧丙烯聚环氧乙烯醚Ｆ１２７和Ｐ１２３为软模板，在溶液中可形成软胶束结构， 在强酸条件下氢键和库仑力的相互作用可很好的控制样品形貌，形成稳定中间相，经高温煅烧使中间相 炭化形成典型的介孔结构，并在此基础上通过活化增加微孔结构，使其性能多样化。 本文以低聚酚醛树脂为炭前躯体，通过调控酚醛聚合介质的ｐＨ值制备出形貌可控的球形炭，通过 改变表面活性剂Ｆ１２７用量及活化条件控制其微观孔结构，制备出既含有微介双阶孔结构又具