CN101332988A - Sapo-5分子筛孔道中包裹氮掺杂碳纳米管材料及合成方法 - Google Patents
Sapo-5分子筛孔道中包裹氮掺杂碳纳米管材料及合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
SAPO－5分子筛孔道中包裹氮掺杂碳纳米管材料及合成方法，材料的摩尔比为C∶aN∶bSAPO－5；a值为0.02～0.12；b值为10～100；CNx位于SAPO－5孔道内，CNx的前驱体是合成SAPO－5所使用的有机胺模板剂。合成步骤：在反应釜中按比例Al(OH)3∶a1H3PO4∶b1SiO2∶cR∶dH2O混合原料，其中R为有机胺；密封后在微波或在烘箱中恒温加热；得到样品抽滤后烘干；在管式炉中在Ar或氮气氛下焙烧，得到SAPO－5分子筛孔道中包含孔径为0.4nm碳纳米管的新材料。本发明方法简单、成本低廉，适合于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷铝硅SAPO-5分子筛孔道中包裹氮掺杂碳纳米管复合材料(以下简称：CNx@SAPO-5)及其合成方法。
背景技术
纳米碳管是1991年被发现的一种碳结构。理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层。含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(SWNT)，多于一层的则称为多壁纳米碳管(MWNT)。SWNT的直径一般为1～6nm，最小直径大约为0.5nm，但SWNT的直径大于6nm以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷；管径小于0.5nm则由于曲率半径较大而难以生成稳定结构。但对于较大曲率半径的单壁碳纳米管，表面键张力、电子云密度、极性等性能将发生较大改变，进而出现新性能。
纳米碳管主要制备法方法有电弧法、热解法和激光蒸发法。其中电弧法是在惰性气体气氛中，两根石墨电极直流放电，阴极上产生纳米碳管。热解法就是采用过渡金属作催化剂，700～1600K的条件下，通过碳氢化合物的分解得到纳米碳管。激光刻蚀法采用激光刻蚀高温炉中的石墨靶子，纳米碳管就存在于惰性气体夹带的石墨蒸发产物中。上述三种方法的主要缺点是：得到的是纯碳纳米管材料，亲水性极差，负载性和分散性差。
国内外研究氮掺杂碳材料的理论计算工作已见报道；合成氮改性碳材料为薄膜状，研究的目的是用来提高其硬度以及得到较好的电子性能，合成方法是碳材料在氮气氛下高压放电或激光烧蚀；该方法操作复杂，成本高，且材料为薄膜状。专利CN1401560A公开了以金属酞菁为原料一种掺氮竹节状碳纳米管，其管径在大于10nm。其它专利未见有在较低合成成本得到稳定存在的单壁掺氮碳纳米管管径在小于1nm的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单、成本较低的CNx@SAPO-5材料及其制备方法，克服现有技术中管径小于0.5nm的氮掺杂碳纳米管难以合成和难以稳定存在的缺点，为拓展掺氮碳纳米管制备范围，同时适用于某些特殊吸附场合，本发明就是采用SAPO-5的0.73nm的直孔道为硬模板，在其中合成出较小孔径的CNx材料。
CNx@SAPO-5材料及合成方法，其特征在于：CNx@SAPO-5材料的摩尔组成表示为C∶aN∶bSAPO-5；a的值为0.02～0.12；b的值为10～100；CNx位于SAPO-5孔道内，CNx的前驱体是合成SAPO-5所使用的有机胺模板剂。
CNx@SAPO-5材料的合成方法，步骤如下：
1)在反应釜中按比例Al(OH)3∶a1H3PO4∶b1SiO2∶cR∶dH2O混合原料，其中R为有机胺，a1的值为0.6～1.5，b1的值为0.05～1.5，c的值为0.4～2.0，d的值为10～100；
2)密封后在微波中加热，160～210℃保持0.1～6小时；或在烘箱中恒温加热，160～210℃保持6～48小时；
3)得到样品抽滤后烘干；在管式炉中在Ar或氮气氛下焙烧，焙烧温度为400℃～900℃，时间为0.2～24小时，即可得到CNx@SAPO-5材料。
所使用的模板剂是下述之任一种或是它们的混合物：三乙胺、正三丙胺、异三丙胺。
本发明获得的材料主要用于气体的储存和混合气体分离。
本发明所提供的CNx@SAPO-5新材料是一种复合材料。当用酸将SAPO-5骨架溶解后，0.4nm的CNx也被破坏。因此，使用CNx时不能将SAPO-5骨架去除。
本发明制备的CNx@SAPO-5复合新材料，其优点在于：
(1)以SAPO-5均一的0.73nm孔道为模板，得到孔径较小的均一的0.4nm的CNx材料；
(2)较小的孔径及较大的曲率赋予CNx更多的新性能；
(3)该材料由于孔径均一且较小，可用于特殊气体的储存和分离；
(4)本发明制备条件温和，方法简单、成本低廉，适合于大规模生产。
具体实施方式
实施例1
在聚四氟乙烯反应釜中按摩尔比例Al(OH)3∶a1H3PO4∶b1SiO2∶cR∶dH2O混合原料，其中a1为1，b1为0.5，c为1.0，d为10，R为三乙胺。密封后在微波190℃加热3小时。抽滤后烘干，在管式炉中Ar气氛下400℃焙烧，即可得到CNx@SAPO-5材料。CNx@SAPO-5材料中摩尔组成为C∶aN∶bSAPO-5；a的值为0.12；b的值为10。
实施例2
在聚四氟乙烯反应釜中按摩尔比例Al(OH)3∶a1H3PO4∶b1SiO2∶cR∶dH2O混合原料，其中a1为1，b1为0.5，c为1.0，d为30，R为三丙胺。密封后在微波190℃加热3小时。抽滤后烘干，在管式炉中Ar气氛700℃下焙烧，即可得到CNx@SAPO-5材料。CNx@SAPO-5材料中摩尔组成为C∶aN∶bSAPO-5；a的值为0.12；b的值为30。
实施例3
在聚四氟乙烯反应釜中按摩尔比例Al(OH)3∶a1H3PO4∶b1SiO2∶cR∶dH2O混合原料，其中a1为1.5，b1为0.5，c为1.6，d为100，R为异三丙胺。密封后在微波190℃加热3小时。抽滤后烘干，在管式炉中Ar气氛下900℃焙烧，即可得到CNx@SAPO-5材料。CNx@SAPO-5材料中摩尔组成为C∶aN∶bSAPO-5；a的值为0.12；b的值为100。
用本发明制备CNx@SAPO-5材料，方法简单、成本低廉，可用于特殊气体的储存和分离；适合于大规模生产。
Claims (3)
1.SAPO-5分子筛孔道中包裹氮掺杂碳纳米管材料(以下简称：CNx@SAPO-5)及合成方法，其特征在于：CNx@SAPO-5材料的摩尔组成表示为C：aN：bSAPO-5；a的值为0.02～0.12；b的值为10～100；CNx位于SAPO-5孔道内，CNx的前驱体是合成SAPO-5所使用的有机胺模板剂。
2.根据权利要求1所述的CNx@SAPO-5材料及合成方法，其特征在于：CNx@SAPO-5材料的合成方法，步骤如下：
(1)在反应釜中按比例Al(OH)3∶a1H3PO4∶b1SiO2∶cR∶dH2O混合原料，其中R为有机胺，a1的值为0.6～1.5，b1的值为0.05～1.5，c的值为0.4～2.0，d的值为10～100；
(2)密封后在微波中加热，160～210℃保持0.1～6小时；或在烘箱中恒温加热，160～210℃保持6～48小时；
(3)得到样品抽滤后烘干；在管式炉中在Ar或氮气氛下焙烧，焙烧温度为400℃～900℃，时间为0.2～24小时，即可得到CNx@SAPO-5材料。
3.根据权利要求1所述的CNx@SAPO-5材料及合成方法，其特征在于：所使用的模板剂是下述之任一种或是它们的混合物：三乙胺(TEA)、正三丙胺(TPA)、异三丙胺(i-TPA)。
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2007
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