一种制备有序多孔炭膜的基质诱导法

摘要

一种制备有序多孔炭膜的基质诱导法，其特点是在前驱体配成溶液后，与有机表面活性剂溶液搅拌混合后，在基质诱导下经成湿膜、溶剂蒸发、干燥后得到固体有机膜；再经炭化后得到有序多孔炭膜，炭膜的平均孔径为0.7纳米～100纳米，其步骤有：1.成膜溶液或溶胶的配置；2.在固体基质上成膜；3.炭化。本发明以有机物作为表面活性剂，与前驱体溶液混合，在一定基质的诱导作用下，经溶剂蒸发和自组装及干燥和炭化等过程，通过调节制备工艺参数，制备具有规则孔道结构的多孔炭膜，实现了控制有序多孔炭膜有序程度或规则性。

主权项

一种制备有序多孔炭膜的基质诱导法，其特征在于前驱体配成溶液与有机表面活性剂溶液搅拌混合后，在基质诱导下经成湿膜、溶剂蒸发、干燥后得到固体有机膜，再经炭化后得到有序多孔炭膜，炭膜的平均孔径为0.7纳米～100纳米，由下述步骤组成：（1）成膜溶液或溶胶的配置，以酚醛树脂或酚与甲醛混合物为前驱体或预聚物，并与表面活性剂混合，将表面活性剂F127或P123，与乙醇配成溶液，再将前驱体或预聚物溶液与表面活性剂溶液混合后经机械搅拌或磁力搅拌，制成混合溶液，成膜溶液或溶胶的配置由下述步骤组成：（1‑1）将前驱体或前驱体的预聚体，与表面活性剂、催化剂及助剂，溶于溶剂制成均匀溶液或溶胶；（1‑2）将前驱体的预聚体，与表面活性剂、催化剂和助剂构成的溶液，温度控制在25～90摄氏度进行聚合反应，反应时间为0.25～80小时，得到成膜溶液；前驱体材料为酚醛树脂，或预聚体为甲醛与苯酚或间苯二酚的混合物，其中，甲醛与酚的摩尔比为0.8：1～2.5：1；所用催化剂与酚的摩尔分数比值为0.05：1～1:1，催化剂至少为氢氧化钠或碳酸钠或氨水或乙醇钠或乙酸或盐酸中的一种；所用表面活性剂与酚的摩尔分数比值为0.003：1～0.06:1，表面活性剂至少为非离子性两性三嵌段共聚物聚氧乙烯‑聚氧丙烯‑聚氧乙烯F127或P123中的一种；所用助剂与酚的摩尔分数比值为0：1～0.8:1，助剂选用原乙酸三乙酯；溶剂至少为水或乙醇中的一种；溶解过程：至少为静置或机械搅拌或磁力搅拌或超声波分散中的一种；（2）在固体基质上成膜，将此溶液采用浸滞或涂覆或倾倒或滴加方式附着到基质表面，基质材质为平板状玻璃或炭或陶瓷或硅或不锈钢或氧化铝或聚合物或金属筛网中的一种，基质平均孔径为0～500纳米；经过溶剂挥发，得到固体有机膜，在基质上形成的有机膜取下来得到非支撑膜，或不从基质上剥下来而得到支撑膜，在固体基质成膜由下述步骤构成：（2‑1）对基质预处理；（2‑2）在基质表面成湿膜；（2‑3）固化成干膜；基质特征：材质选自致密无孔或者具有多孔的玻璃或炭或陶瓷或硅或不锈钢或氧化铝或聚合物或金属筛网中的一种；孔平均直径为0～500纳米；基质预处理：选自打磨或抛光或清洗中的一种或几种；湿膜成膜方法：选自浸渍或滴加或倾倒或刷涂或喷涂或液相沉积或溶胶‑凝胶法中的一种；固化成膜温度为10～120摄氏度，时间为0.25～90小时，环境为静止空气或真空或流动空气或流动惰性气体中的一种；（3）炭化，将上述得到的固体有机膜在真空气氛或惰性气氛中，以特定的升温速率从室温升到所设定温度，并在炭化终温恒温，然后冷却取出，得到有序多孔炭膜，炭化由下述步骤组成：（3‑1）将所成固体膜放入带有程序升温控制的炭化炉内；（3‑2）按设定的升温速率、终温及气氛，进行炭化；（3‑3）冷却；炭化过程的升温速率为0.2～5摄氏度/分钟，终温为400～1000摄氏度，终温恒定时间为0～6小时，气氛为真空环境或者惰性气体保护，其中，惰性气氛的气体种类至少为氮气或氦气或氩气中的一种，惰性气体流量为0～500立方厘米/分钟；冷却：冷却方案为自然降温或程序控制降温中的一种，待炉内温度降至80摄氏度以下取出样品。