專利名稱：Sapo-5分子篩孔道中包裹氮摻雜碳納米管材料及合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷鋁硅SAPO-5分子篩孔道中包裹氮摻雜碳納米管復(fù)合材料(以下簡稱 CNx@SAPO-5)及其合成方法。
背景技術(shù)：
納米碳管是1991年被發(fā)現(xiàn)的一種碳結(jié)構(gòu)。理想納米碳管是由碳原子形成的石墨烯片層巻 成的無縫、中空的管體。石墨烯的片層一般可以從一層到上百層。含有一層石墨烯片層的稱 為單壁納米碳管(SWNT)，多于一層的則稱為多壁納米碳管(MWNT)。 SWNT的直徑一般為 l-6nm，最小直徑大約為0.5nm，但SWNT的直徑大于6nm以后特別不穩(wěn)定，會發(fā)生SWNT 管的塌陷；管徑小于0.5nm則由于曲率半徑較大而難以生成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。但對于較大曲率半徑 的單壁碳納米管，表面鍵張力、電子云密度、極性等性能將發(fā)生較大改變，進(jìn)而出現(xiàn)新性能。納米碳管主要制備法方法有電弧法、熱解法和激光蒸發(fā)法。其中電弧法是在惰性氣體氣 氛中，兩根石墨電極直流放電，陰極上產(chǎn)生納米碳管。熱解法就是采用過渡金屬作催化劑， 700~1600K的條件下，通過碳?xì)浠衔锏姆纸獾玫郊{米碳管。激光刻蝕法采用激光刻蝕高溫 爐中的石墨耙子，納米碳管就存在于惰性氣體夾帶的石墨蒸發(fā)產(chǎn)物中。上述三種方法的主要 缺點(diǎn)是得到的是純碳納米管材料，親水性極差，負(fù)載性和分散性差。國內(nèi)外研究氮摻雜碳材料的理論計(jì)算工作已見報(bào)道；合成氮改性碳材料為薄膜狀，研究 的目的是用來提高其硬度以及得到較好的電子性能，合成方法是碳材料在氮?dú)夥障赂邏悍烹?或激光燒蝕；該方法操作復(fù)雜，成本高，且材料為薄膜狀。專利CN1401560A公開了以金屬 酞菁為原料一種摻氮竹節(jié)狀碳納米管，其管徑在大于10nm。其它專利未見有在較低合成成本 得到穩(wěn)定存在的單壁摻氮碳納米管管徑在小于lnm的報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種方法簡單、成本較低的CNx@SAPO-5材料及其制備方法，克服 現(xiàn)有技術(shù)中管徑小于0.5nm的氮摻雜碳納米管難以合成和難以穩(wěn)定存在的缺點(diǎn)，為拓展摻氮 碳納米管制備范圍，同時(shí)適用于某些特殊吸附場合，本發(fā)明就是采用SAPO-5的0.73nm的直 孔道為硬模板，在其中合成出較小孔徑的CNx材料。CNx@SAPO-5材料及合成方法，其特征在于CNx⑨SAPO-5材料的摩爾組成表示為C: aN:bSAPO-5; a的值為0.02 0.12; b的值為10 100; CNx位于SAPO-5孔道內(nèi)，CNx的前驅(qū) 體是合成SAPO-5所使用的有機(jī)胺模板劑。CNx@SAPO-5材料的合成方法，步驟如下1) 在反應(yīng)釜中按比例Al(OH)3: aiH3P04: b!Si02: cR: dH20混合原料，其中R為有機(jī)胺，^的值為0.6 1.5， h的值為0.05 1.5， c的值為0.4 2.0， d的值為10 100;2) 密封后在微波中加熱，160 21(TC保持0.1 6小時(shí)；或在烘箱中恒溫加熱，160 210°C 保持6 48小時(shí)；3) 得到樣品抽濾后烘干；在管式爐中在Ar或氮?dú)夥障卤簾簾郎囟葹?0(TC 卯(TC，時(shí) 間為0.2 24小時(shí)，即可得到CNx@SAPO-5材料。所使用的模板劑是下述之任一種或是它們的混合物三乙胺、正三丙胺、異三丙胺。本發(fā)明獲得的材料主要用于氣體的儲存和混合氣體分離。本發(fā)明所提供的CNx@SAPO-5新材料是一種復(fù)合材料。當(dāng)用酸將SAPO-5骨架溶解后， 0.4nm的CNx也被破壞。因此，使用CNx時(shí)不能將SAPO-5骨架去除。 本發(fā)明制備的CNx@SAPO-5復(fù)合新材料，其優(yōu)點(diǎn)在于(1) 以SAPO-5均一的0.73nm孔道為模板，得到孔徑較小的均一的0.4nm的CNx材料；(2) 較小的孔徑及較大的曲率賦予CNx更多的新性能；(3) 該材料由于孔徑均一且較小，可用于特殊氣體的儲存和分離；(4) 本發(fā)明制備條件溫和，方法簡單、成本低廉，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1在聚四氟乙烯反應(yīng)釜中按摩爾比例Al(OH)3: aiH3P04: biSi02: cR: dH20混合原料，其 中&為1， h為0.5, c為l.O， d為10， R為三乙胺。密封后在微波19(TC加熱3小時(shí)。抽濾 后烘干，在管式爐中Ar氣氛下40(TC焙燒，即可得到CNx⑥SAPO-5材料。CNx@SAPO-5材 料中摩爾組成為C: aN: bSAPO-5; a的值為0.12; b的值為10。實(shí)施例2在聚四氟乙烯反應(yīng)釜中按摩爾比例Al(OH)3: ^H3P04: biSiCb: cR: dH20混合原料，其 中&為1， h為0.5， c為l.O, d為30， R為三丙胺。密封后在微波19(TC加熱3小時(shí)。抽濾 后烘干，在管式爐中Ar氣氛70(TC下焙燒，即可得到CNx@SAPO-5材料。CNx@SAPO-5材料中摩爾組成為C:aN:bSAPO-5; a的值為0.12; b的值為30。實(shí)施例3在聚四氟乙烯反應(yīng)釜中按摩爾比例Al(OH)3: aiH3P04: biSiO" cR: dH20混合原料，其 中^為1.5， bi為0.5， c為1.6， d為100， R為異三丙胺。密封后在微波190。C加熱3小時(shí)。 抽濾后烘干，在管式爐中Ar氣氛下900'C焙燒，即可得到CNx@SAPO-5材料。CNx@SAPO-5 材料中摩爾組成為C: aN: bSAPO-5; a的值為0.12; b的值為100。用本發(fā)明制備CNx@SAPO-5材料，方法簡單、成本低廉，可用于特殊氣體的儲存和分離； 適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.SAPO-5分子篩孔道中包裹氮摻雜碳納米管材料(以下簡稱CNx@SAPO-5)及合成方法，其特征在于CNx@SAPO-5材料的摩爾組成表示為CaNbSAPO-5；a的值為0.02～0.12；b的值為10～100；CNx位于SAPO-5孔道內(nèi)，CNx的前驅(qū)體是合成SAPO-5所使用的有機(jī)胺模板劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CNx@SAPO-5材料及合成方法，其特征在于CNx②SAPO-5材料 的合成方法，步驟如下(1) 在反應(yīng)釜中按比例Al(OH)3: aiH3P04: b!Si02: cR: dH20混合原料，其中R為有機(jī)胺，a！的值為0.6 1.5， bi的值為0.05 1.5， c的值為0.4 2.0， d的值為10 100;(2) 密封后在微波中加熱，160 21(TC保持0.1 6小時(shí)；或在烘箱中恒溫加熱，160 21(TC保持6 48小時(shí)；(3) 得到樣品抽濾后烘干;在管式爐中在Ar或氮?dú)夥障卤簾簾郎囟葹?00°C 900°C, 時(shí)間為0.2 24小時(shí)，即可得到CNx@SAPO-5材料。
3. 根據(jù)權(quán)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劑是 下述之任一種或是它們的混合物三乙胺(TEA)、正三丙胺(TPA)、異三丙胺G-TPA)。
全文摘要
SAPO-5分子篩孔道中包裹氮摻雜碳納米管材料及合成方法，材料的摩爾比為C∶aN∶bSAPO-5；a值為0.02～0.12；b值為10～100；CNx位于SAPO-5孔道內(nèi)，CNx的前驅(qū)體是合成SAPO-5所使用的有機(jī)胺模板劑。合成步驟在反應(yīng)釜中按比例Al(OH)₃∶a₁H₃PO₄∶b₁SiO₂∶cR∶dH₂O混合原料，其中R為有機(jī)胺；密封后在微波或在烘箱中恒溫加熱；得到樣品抽濾后烘干；在管式爐中在Ar或氮?dú)夥障卤簾?，得到SAPO-5分子篩孔道中包含孔徑為0.4nm碳納米管的新材料。本發(fā)明方法簡單、成本低廉，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C01B31/00GK101332988SQ200710042609
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者王利軍, 趙海濤 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)