一种具有不同空腔数量介孔碳材料的制备方法及其应用

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种具有不同空腔数量介孔碳材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、中空介孔碳材料具有比表面积大、质量密度低等优点，使得催化剂与有机污染物的吸附和传质速度快，实现水环境中污染物的高效降解。目前，中空碳纳米颗粒合成策略主要以sio2/聚苯乙烯球作为硬模板，在其表面包覆生长一层碳聚合物后，再通过选择性刻蚀的方法刻蚀sio2/聚苯乙烯，最后保留得到中空碳球。然而传统的硬模板法合成方法复杂、制备得到的中空介孔碳材料比表面积小、形貌可调性差，限制了中空介孔碳材料的实际应用价值。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有不同空腔数量介孔碳材料的制备方法及其应用，旨在解决现有制备方法复杂，且制备得到的中空介孔碳材料比表面积小、形貌可调性差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其中，包括：

4、步骤1、将表面活性剂、水、乙醇、戊醇和氨水混合搅拌，得到乳液；

5、步骤2、将硅源加入所述乳液中搅拌反应，得到sio2介孔材料；

6、步骤3、将碳源和所述sio2介孔材料搅拌共聚，经煅烧后得到sio2-c共掺杂介孔材料；

7、步骤4、将所述sio2-c共掺杂介孔材料、水和乙醇混合，进行水热反应去除sio2，得到介孔碳材料；

8、其中通过控制步骤2的反应时间制备得到具有目标空腔数量的介孔碳材料。

9、本发明的第二方面，提供一种采用本发明所述一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法制备得到的介孔碳材料。

10、本发明的第三方面，提供一种本发明所述介孔碳材料在降解水溶液中抗生素中的应用。

11、有益效果：第一，本发明提供的制备方法操作简单，利用sio2刻蚀再生长策略合成了介孔碳材料，通过先制备sio2-c共掺杂介孔材料，再选择性的刻蚀sio2部分，最后形成高比表面积且空腔数量可控的介孔碳材料。其中仅需通过改变碳源的添加时间就能够精准调控介孔碳材料的内部空腔数量，能精准调控介孔碳材料的形貌。第二，通过本发明制备得到的中空介孔碳材料具有多腔室高比表面积的特点，能够有效降低吸附物的抗扩散性，为催化反应提供充足的吸附位点，实现了水环境中抗生素（四环素）的高效吸附降解。第三，本发明提出的sio2刻蚀再生长的新策略，为后续进一步选择性调控介孔碳纳米颗粒的形貌及其功能化提供了有利指导。

技术特征：

1.一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，当步骤2的反应时间为20 min～40 min时，所述介孔碳材料的空腔数量为4个～8个。

3.根据权利要求2所述的一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，当步骤2的反应时间为20 min时，所述介孔碳材料的空腔数量为8个；或当步骤2的反应时间为40 min时，所述介孔碳材料的空腔数量为4个。

4.根据权利要求1所述的一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和聚氧乙烯聚氧丙烯，所述硅源为正硅酸四乙酯，所述碳源为盐酸多巴胺，所述乙醇、戊醇和氨水的体积比为10:1:2～10:2:5。

5.根据权利要求4所述的一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述十六烷基三甲基溴化铵和聚氧乙烯聚氧丙烯的质量比为1:1～2:3，所述正硅酸四乙酯与盐酸多巴胺的质量比为1:2～1:4。

6.根据权利要求1所述的一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为800℃～1000℃，煅烧的时间为5 h～6 h。

7.根据权利要求1所述的一种可控合成具有不同空腔数量的介孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为110℃～130℃，反应时间为10 h～20 h。

8.一种采用如权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的介孔碳材料。

9.一种如权利要求8所述的介孔碳材料在降解水溶液中抗生素中的应用。

10.根据权利要求9所述的介孔碳材料在降解水溶液中抗生素中的应用，其特征在于，所述抗生素为四环素。

技术总结本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种具有不同空腔数量介孔碳材料的制备方法及其应用。所述制备方法包括步骤：将表面活性剂、水、乙醇、戊醇和氨水混合搅拌，得到乳液；将硅源加入乳液中搅拌反应，得到SiO<subgt;2</subgt;介孔材料；将碳源和SiO<subgt;2</subgt;介孔材料搅拌共聚，经煅烧后得到SiO<subgt;2</subgt;‑C共掺杂介孔材料；将SiO<subgt;2</subgt;‑C共掺杂介孔材料、水和乙醇混合，进行水热反应去除SiO<subgt;2</subgt;，得到介孔碳材料；其中通过控制硅源和乳液的反应时间制备得到具有目标空腔数量的介孔碳材料。所述制备方法操作简单，仅需通过改变碳源的添加时间就能够精准调控介孔碳材料的内部空腔数量；通过本发明制备得到的中空介孔碳材料具有多腔室高比表面积的特点，实现了水环境中抗生素的高效吸附降解。技术研发人员：马玉柱,郭佩婷,李斯坦,李金萦受保护的技术使用者：内蒙古大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23