[发明专利]室温下具有流动行为的中空碳球HCS多孔液体及制备方法

说明书

本发明涉及一种室温下具有流动行为的中空碳球HCS多孔液体及制备方法，它融合了多孔固体(如沸石和金属有机框架，具有永久性、刚性、定义明确的孔)和液体(具有流动性、快速加热和传质)的特性。采用中空碳球HCS为核，通过静电辅助作用在其表面修饰聚合物离子液体PILs，再通过阴离子交换，将与PILs电性相反的有机低聚物(如4‑壬基酚‑聚乙烯醚磺钾PEGS)接枝在HCS表面制备得到多孔液体，室温下呈现液体状态，HCS单分散。本发明的HCS多孔液体制备方法简单、易行，由于中空碳球纳米粒子室温下在多孔液体中呈单分散状态，使得其在气体吸附、光热转化和催化转化等方面具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于多孔液体及制备方法，涉及一种室温下具有流动行为的中空碳球HCS多孔液体及制备方法，是一种高性能吸附材料，可应用于高效溶剂、气体选择性吸附、分离和光热转化等领域。

背景技术

多孔材料具有内部孔结构稳定、孔隙率高、孔隙结构可控等优点，在气体吸附/分离、隔音减震、催化以及主客体分子识别等许多领域具有广泛的应用。但由于其本身不具有流动性给其应用带来一定的限制。液体材料本身具有流动性，但是每一个分子都在附近运动，变换位置，孔隙不稳定，随着热运动随时消失，即传统液体中存在的瞬态非本征空腔结构。为了弥补这个缺点，拓宽其应用范围，在致密液体中引入空腔结构，使得空腔结构能够永久稳定地存在于液体中，制备得到具有永久孔隙的液体，即多孔液体。与传统液体的不同在于它结合了多孔固体和液体的优点，在气体吸附、气体选择性分离、催化和光热转化等方面具有巨大的潜在应用价值。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种室温下具有流动行为的中空碳球HCS多孔液体及制备方法，一种含稳定HCS中空结构、咪唑型PILs，HCS平均外径可调范围为100nm-500nm，平均壁厚为5-10nm，质量百分含量大于5％，孔隙率大于30％的多孔液体，对CO₂气体具有较高的吸附性能，且对CO₂/N₂也具有高效选择性。提高分散性和吸附/分离性。

技术方案

一种室温下具有流动行为的中空碳球HCS多孔液体，其特征在于：是以HCS为核，外包覆长链有机物；两者的质量分数为：5～15％的HCS和85～95％长链有机物；所述长链有机物为聚合物离子液体PILs与4-壬基酚-聚乙烯醚磺钾PEGS阴离子交换后的有机长链，PILs与PEGS的摩尔比为1:1。

所述HCS为中空纳米粒子。

所述中空纳米粒子HCS平均直径范围为100nm-500nm。

所述中空纳米粒子HCS平均壁厚为5nm-10nm。

所述聚合物离子液体PILs包括聚1-(4-乙烯基苯基)甲基-3-丁基咪唑氯盐P[VBBI]Cl或聚1-(4-乙烯基苯基)甲基-3-丁基咪唑溴盐P[VHIm]Br。

一种制备所述室温下具有流动行为的中空碳球HCS多孔液体的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、硬模板法制备HCS：以法制备得到的二氧化硅纳米颗粒作为模板，以摩尔比为1:1.2-2的间苯二酚和甲醛溶液经缩聚反应制备得到的酚醛树脂为碳源，将其沉积到SiO₂模板上，离心之后，用无水乙醇和去离子水反复洗涤沉淀，将其进行干燥，制备得到SiO₂@RF纳米颗粒；

将其在350～800℃，氮气氛围下用管式炉进行高温碳化4～8h以去除有机物，制备得到SiO₂@C纳米颗粒；

再将其用氢氟酸进行刻蚀去除模板SiO₂，离心干燥制备得到介孔多孔中空碳球HCS；