[发明专利]一种有序介孔碳化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波焙烧制备有序介孔碳化硅的方法，属于有序介孔材料合成工艺领域。

背景技术

碳化硅具有良好的化学稳定性、高温稳定性、高的热传导率、抗氧化腐蚀等优良特性，使碳化硅可以作为高温结构部件、大规模集成电路的基片，还可作为高温反应催化剂的优良载体，广泛应用于化学化工、机械、冶金等工业领域。碳化硅制备通常利用碳热还原反应，需要加热到2000℃上，制得的碳化硅比表面积小且无孔，该方法费时耗能急需改进。

目前介孔碳化硅的制备分为硬模板和软模板两种方法，如专利CN201510269148是硬模板法制备介孔碳化硅，将聚碳硅烷溶于有机溶剂，使聚碳硅烷填充在有序介孔二氧化硅中，再在惰性气体保护下高温焙烧，得到碳化硅与二氧化硅的复合物，氢氟酸除去模板，即得到有序纳米介孔碳化硅材料。再如专利CN201010152336将蔗糖溶于水，使其进入SBA-15或KIT-6的介孔孔道中，蔗糖碳化，制得介孔二氧化硅中填充有碳的复合物，在镁粉作用下低温焙烧得到介孔碳化硅。硬模板法成本较高且增加了去除模板的步骤。软模板如专利CN201210146069以间苯二酚、甲醛、正硅酸四乙酯为原料，用溶胶-凝胶法得到碳化硅前驱体，经过碳热还原生成介孔碳化硅。两种方法都需高温焙烧，能耗高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中制备介孔碳化硅耗时冗长、能耗高等问题，提供了一种有序介孔碳化硅的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种有序介孔碳化硅的制备方法，其步骤为：

㈠制备有序介孔SiO₂/C复合材料

㈡微波还原制备有序介孔碳化硅

有序介孔SiO₂/C复合材料置于微波炉中间区域，调整位置，直至红外测温探头测得复合材料的最大温度点；抽真空至真空度为0.09MPa，通入氮气至真空度为0.03MPa，抽真空、通氮气步骤反复进行两次，后再次抽真空至真空度为0.09MPa，通入氮气至真空度为0.07MPa；开启微波炉冷却水循环装置，打开微波控制开关，调节微波功率使得炉内升温至1300℃±10℃，恒温反应20min；关闭微波控制开关，停止加热，抽真空至真空度为0.09MPa，炉内自然冷却至室温后，关闭循环水；打开放空阀，待微波炉内压力达到大气压强时，炉门自动打开，取出，获得粉末状的有序介孔碳化硅。

本发明实际操作时所采用的微波炉为南京杰全微波设备有限公司生产，其型号为NJZ4-3。

本发明将微波技术应用于碳化硅的制备，短时间内迅速升温，显著缩短制备时间，降低能耗，大大减少了传统制备方法制备耗时过长的缺点，制备耗时较短、原料配比合理、产物稳定，是制备有序介孔碳化硅十分理想的一种方法。

另外，本发明步骤㈡获得的有序介孔碳化硅粉末随后进行了除杂处理，该除杂处理包括高温除碳处理以及酸洗除硅处理。

具体实施时，所述高温除碳处理的步骤为：将有序介孔碳化硅粉末置于马弗炉内，700℃焙烧2h，除去未反应的碳。所述酸洗除硅处理的步骤为：将有序介孔碳化硅粉末置于50%体积分数的氢氟酸溶液中，静置24h；后离心倒掉上清液，清洗，干燥，除去未反应的硅。

进一步，本发明以三嵌段共聚体结构导向剂F127做模板剂，以正硅酸乙酯做硅源，以酚醛树脂低聚物做碳源；且制备有序介孔SiO₂/C复合材料的步骤为：

①将F127溶于无水乙醇中，加入盐酸溶液，40℃恒温搅拌1h；后依次加入正硅酸乙酯以及酚醛树脂低聚物的乙醇溶液，40℃恒温搅拌2h，获得混合溶液；

②混合溶液置于容器内，室温下放置5～8h，然后置于100℃恒温烘箱内24h，容器内形成黄色膜，刮取磨成细粉；

③将该细粉置于管式炉内，以1℃/min升温至350℃且保温3h，再以1℃/min升温至600℃，随后以5℃/min升温至900℃且保温2h，得到黑色的有序介孔SiO₂/C复合材料。

上述方法利用软模板法先制得有序介孔SiO₂/C的复合材料，再采用微波焙烧碳热还原快速制得有序介孔碳化硅，制得的碳化硅孔径集中，比表面积大。

附图说明

图1为本发明所述有序介孔碳化硅的透射电子显微镜放大图。图中：可以看出有序规整介孔的存在。

图2为本发明所述有序介孔碳化硅的X-射线小角衍射强度图谱。图中纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，小角XRD在0.8°时出现峰，说明是有序介孔结构。