[发明专利]一种磁性泡沫炭的常压制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性泡沫炭的常压制备方法，所述磁性泡沫炭为三维网状结构的碳材料，该方法为：将阴离子表面活性剂水溶液与金属无机盐水溶液混合后，加入氢氧化物或碳酸盐水溶液。然后加入含氮杂环化合物和有机溶剂，再加入过硫酸盐或过氧化物水溶液反应。反应完成后，过滤、洗涤、干燥，得到磁性泡沫炭的前驱体。在惰性气氛下，高温碳化，得到磁性泡沫炭。该方法得到的磁性泡沫炭具有质量轻、密度小、磁性稳定等优点，能够提供大量的活性反应位，在能源、电子、化工、航空航天、医药、环境保护等许多技术领域具有应用价值；同时该方法制备工艺简单，结构可控，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种常压制备磁性泡沫炭的方法。

背景技术

泡沫炭一类具有三维网状结构特点的多孔碳材料，其密度小、耐高温、耐腐导电性和导热性可调。同时，泡沫炭还能提供大量的活性反应位点。在能量存储、化工、航空航天、电子、环境保护等诸多技术领域，泡沫炭均具有广阔的应用前景。

最早的泡沫炭是由热解热固性酚醛泡沫而制得的。现在其制备时常用的原料为热固性酚醛树脂，中间相沥青，煤和煤系物，生物质等。其技术路线通常为发泡、氧化固定、碳化、石墨化等工艺过程。这些过程中往往需要高温高压的反应条件，以及发泡剂或硬模板等。这些方法制备的泡沫炭往往不具有磁性，无法满足许多领域的应用要求，如电磁屏蔽、海洋原油污染等。公开号105013439A提供了一种以二氧化硅微球为模板制备含氮、硫功能化碳泡沫磁性微球的制备方法。模板去除过程较为繁琐。公开号102674740B提供了一种轻质吸波材料用泡沫的制备方法，该材料不具有耐高温特性。

如何更高效、节能、便捷地制备磁性泡沫炭材料，调控其结构与性能，满足不同应用场合的特殊需求，一直是研究的重点和难点之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种常压法无模板制备磁性泡沫炭的方法。这种方法无须高压反应条件，常压惰性气氛下加热即可制得耐温性良好的磁性泡沫炭产品。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁性泡沫炭的制备方法，所述磁性泡沫炭为三维网状结构的碳材料，所述方法包括以下步骤：

(1)将金属无机盐水溶液与阴离子表面活性剂水溶液混合均匀后静置。

(2)将步骤(1)得到的溶液中，加入氢氧化物或碳酸盐水溶液水溶液。

(3)将步骤(2)得到的悬浮液中，加入含氮杂环化合物后，混合均匀。

(4)将步骤(3)得到的悬浮液中，加入有机溶剂，混合均匀。

(5)将步骤(4)得到的悬浮乳液中，加入无机过硫酸盐或过氧化物水溶液。

(6)将步骤(5)得到的反应混合物，在一定的温度下，保持一定反应时间后，过滤、洗涤，得到固体产物。

(7)在步骤(6)得到的固体产物，在惰性气氛下加热碳化得到磁性泡沫炭。

根据本发明，步骤(1)所述金属无机盐为硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氯化物、氯化亚物、磷酸盐、亚磷酸盐的任意一种或它们的组合。如：硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍；亚硫酸铁、亚硫酸钴、亚硫酸镍；硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍；亚硝酸铁、亚硝酸钴、亚硝酸镍；氯化铁、氯化钴、氯化镍；氯化亚铁、氯化亚钴、氯化亚镍；磷酸铁、磷酸钴、磷酸镍；亚磷酸铁、亚磷酸钴、亚磷酸镍等。其浓度为为0.001-15mol/L，优选的浓度为0.01-1.5mol/L。在上述数值之间的任意具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。