一種制備高比表面積SiC納米微球的方法
【專利摘要】一種制備高比表面積SiC納米微球的方法，將碳微球與二氧化硅微球混合均勻，得到混合粉末；其中碳微球粒徑為200～400nm，與二氧化硅微球的粒徑為100～200nm；將混合粉末放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200℃時將真空燒結(jié)爐抽真空，然后繼續(xù)升溫至1300℃～1500℃，在1300℃～1500℃下燒結(jié)，得到產(chǎn)物；將產(chǎn)物在400-600℃下煅燒，得到高比表面積SiC納米微球。本發(fā)明操作簡單，成本低廉，可重復性好，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明所制得的SiC納米微球的粒度均勻，純度高，直徑在200～500nm范圍內(nèi)可控，比表面積可以達到25～60m2/g。
【專利說明】—種制備高比表面積SiC納米微球的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及ー種制備高比表面積SiC納米微球的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC是由碳和硅構(gòu)成的共價鍵化合物，具有類似金剛石的四面體結(jié)構(gòu)單元，因而具有非常好的化學穩(wěn)定性、高的機械強度和硬度，以及良好的導熱導電性能。與傳統(tǒng)的氧化鋁、氧化硅、活性碳催化劑載體材料相比，SiC作為催化劑載體材料明顯具有以下方面的優(yōu)點:(1)良好的導熱導電性能，有利于催化劑在反應過程中的熱傳遞以及催化劑活性組分與載體間的電子傳遞；(2)化學穩(wěn)定性好，不易與活性組分產(chǎn)生相互作用，有利于保持催化劑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；(3)高的機械強度和硬度，有利于提高催化劑的強度和耐磨損性能，延長催化劑壽命?；谏鲜鰞?yōu)點，SiC作為催化劑載體，已被成功應用于ー些重要的化學反應當中。然而，在多相催化技術(shù)發(fā)展的一百多年歷史中，卻很少看到SiC在エ業(yè)化應用的身影。究其原因，是因為商業(yè)化方法生產(chǎn)出來的SiC其比表面積難以滿足催化劑載體材料的要求。因此，高比表面積碳化硅的開發(fā)已引起了研究者的重視，相關(guān)的研究日益增多。
[0003]近年來，納米技術(shù)的發(fā)展，開辟了高比面積SiC的一個新領(lǐng)域。納米SiC不僅可以大幅度提高其比表面積，而起更具有某些卓越甚至不可替代的性能，在ー些化學反應中顯示出非同尋常的效果，成為ー種頗具潛力的催化劑載體。尤其是納米微球結(jié)構(gòu)的SiC以其獨特的性質(zhì)，如單分散、穩(wěn)定性、可調(diào)控性、自組裝成為近年來材料科學前沿的一個日益重要的研究令頁域° Kun Wang 等在 Synthesis of nanostructured silicon carbide spheresfrom mesoporous C-Si02nanocomposites [Chem.Commun., 2010, 46, 303 - 305]中以正娃酸こ酯和糠醇分別作為硅源和碳源，先合成C-SiO2的介孔納米復合材料，再經(jīng)過1350°c碳熱還原反應得到SiC微球。然而，該方法在合成C-SiO2復合體系中需要加入三嵌段共聚物P123，同時合成的C-SiO2前驅(qū)體還需要經(jīng)過在氮氣條件下550°C的煅燒過程。該方法制備過程比較復雜，C-SiO2復合體系中的`C/Si摩爾比難以控制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種制備高比表面積SiC納米微球的方法，其操作簡單，可重復性好，有利于エ業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:包括以下步驟:
[0007]I)將碳微球與二氧化硅微球按質(zhì)量比(1:1)~(2:1)混合均勻，得到混合粉末；其中碳微球粒徑為200~400nm，與二氧化硅微球的粒徑為100~200nm ；
[0008]2)將混合粉末放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時將真空燒結(jié)爐抽真空，然后繼續(xù)升溫至1300°C~1500°C，在1300°C~1500°C下燒結(jié)，然后自然降溫至室溫，得到產(chǎn)物；[0009]3)將產(chǎn)物在400-600°C下煅燒，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
[0010]所述步驟2)中將混合粉末放入真空燒結(jié)爐前，先將混合粉末放入剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，混合粉體堆積高度控制在10_以內(nèi)。
[0011]所述步驟2)中反應的時間為30~90min。
[0012]所述步驟3)中煅燒是在馬弗爐中進行的。
[0013]所述步驟3)中煅燒的時間為1-2小時。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明以碳微球、SiO2微球為原料，將作為碳源的碳微球和作為硅源的SiO2微球，混合均勻后，置入真空燒結(jié)爐中反應燒結(jié)，在將燒結(jié)后的產(chǎn)物在空氣中煅燒去除殘留的碳，得到高比表面積的SiC納米微球。本發(fā)明操作簡單，成本低廉，可重復性好，有利于エ業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明所制得的SiC納米微球的粒度均勻，純度高，直徑為200~500nm,比表面積可以達到25~60m2/g。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明制備的SiC納米微球的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0017]本發(fā)明中碳微球按照專利201210235639.9所述方法制備，二氧化硅微球按照專利201210235695.2所述方法制備。
[0018]實施例1
[0019]I)將碳微球與二氧化硅微球按照質(zhì)量比為2:1在機械攪拌下混合均勻，得到混合粉末，其中碳微球粒徑為200~400nm，SiO2微球的粒徑為100~200nm。
[0020]2)混合粉末放置在剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，避免按壓，將混合粉末堆積高度控制為1mm ;
[0021]3)將裝好混合粉末的剛玉坩堝放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時抽真空，然后繼續(xù)升溫至1300°C，并在1300°C下反應90min ；
[0022]4)將產(chǎn)物放入馬弗爐中，在400°C下煅燒2小時去除殘留的碳，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
[0023]本實施例所得的SiC納米微球直徑在200nm左右，比表面積約為60m2/g。
[0024]實施例2
[0025]步驟1:將碳微球與二氧化硅微球按照質(zhì)量比1:1在機械攪拌下混合均勻，得到混合粉末；其中，碳微球粒徑為200~400nm，Si02微球的粒徑為100~200nm。
[0026]步驟2:將混合粉末放置在剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，避免按壓，將混合粉體堆積高度控制為IOmm ；
[0027]步驟3:將裝好混合粉末的剛玉坩堝放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時抽真空，然后繼續(xù)升溫至1500 V，并在1500°C下反應30min，然后自然降溫至室溫，得到產(chǎn)物；
[0028]4)將產(chǎn)物放入馬弗爐中，在600°C下煅燒I小時去除殘留的碳，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
[0029]本實施例所得的SiC納米微球直徑在500nm左右，比表面積約為25m2/g。
[0030]實施例3
[0031]步驟1:將碳微球與二氧化硅微球按照質(zhì)量比1.5:1在機械攪拌下混合均勻，得到混合粉末，其中碳微球粒徑為200~400nm，SiO2微球的粒徑為100~200nm。
[0032]步驟2:將混合粉末放置在剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，避免按壓，將混合粉末堆積高度控制為5_ ；
[0033]步驟3:將裝好混合粉末的剛玉坩堝放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時抽真空，然后繼續(xù)升溫至1400 V，并在1400°C下反應90min，然后自然降溫至室溫，得到產(chǎn)物；
[0034]步驟4:將產(chǎn)物放入馬弗爐中，在500°C下煅燒I小時去除殘留的碳，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
[0035]本實施例所得的SiC納米微球直徑在300nm左右，比表面積約為40m2/g。
[0036]實施例4
[0037]步驟1:將碳微球與二氧化硅微球按照質(zhì)量比1.2:1在機械攪拌下混合均勻，得到混合粉末，其中碳微球粒徑為200~400nm，SiO2微球的粒徑粒徑為100~200nm。
`[0038]步驟2:將混合粉末放置在剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，避免按壓，將混合粉末堆積高度控制為3_ ；
[0039]步驟3:將裝好混合粉末的剛玉坩堝放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時抽真空，然后繼續(xù)升溫至1350 V，并在1350°C下反應50min，然后自然降溫至室溫，得到產(chǎn)物；
[0040]步驟4:將產(chǎn)物放入馬弗爐中，在450°C下煅燒I小時去除殘留的碳，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
[0041]實施例5
[0042]步驟1:將碳微球與二氧化硅微球按照質(zhì)量比1.7:1在機械攪拌混合均勻，得到混合粉末，其中碳微球粒徑為200~400nm，SiO2微球的粒徑為100~200n。
[0043]步驟2:將混合粉末放置在剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，避免按壓，將混合粉末堆積高度控制為8_ ；
[0044]步驟3:將裝好混合粉末的剛玉坩堝放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時抽真空，然后繼續(xù)升溫至1450 V，并在1500°C下反應70min，然后自然降溫至室溫，得到產(chǎn)物；
[0045]步驟4:將產(chǎn)物放入馬弗爐中，在550°C下煅燒1.7小時去除殘留的碳，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
[0046]請參閱圖1所示，圖1是本發(fā)明制備的SiC納米微球的SEM形貌。由圖1可以看出:本發(fā)明制備的SiC納米微球的表面粗糙，由許多直徑在10~20nm的小顆粒組成，為SiC納米微球的聞比表面積提供了有利條件。
[0047]本發(fā)明操作簡單，可重復性好，有利于エ業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明得到的SiC納米微球粒度均勻，純度高，直徑在200~500nm之間可控，比表面積可以達到25~60m2/g。
【權(quán)利要求】
1.一種制備高比表面積SiC納米微球的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將碳微球與二氧化硅微球按質(zhì)量比(1:1)~(2:1)混合均勻，得到混合粉末；其中碳微球粒徑為200~400nm，與二氧化硅微球的粒徑為100~200nm ； 2)將混合粉末放入真空燒結(jié)爐中，將真空燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，并在氬氣保護下自室溫升溫至1200°C時將真空燒結(jié)爐抽真空，然后繼續(xù)升溫至1300°C~1500°C，在1300°C~1500°C下燒結(jié)，然后自然降溫至室溫，得到產(chǎn)物； 3)將產(chǎn)物在400-600°C下煅燒，自然冷卻至室溫，得到高比表面積SiC納米微球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種制備高比表面積SiC納米微球的方法，其特征在于，所述步驟2)中將混合粉末放入真空燒結(jié)爐前，先將混合粉末放入剛玉坩堝內(nèi)，并保持混合粉體自然堆積，混合粉體堆積高度控制在10_以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種制備高比表面積SiC納米微球的方法，其特征在于，所述步驟2)中反應的時間為30~90min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種制備高比表面積SiC納米微球的方法，其特征在于，所述步驟3)中煅燒是在馬弗爐中進行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的ー種制備高比表面積SiC納米微球的方法，其特征在干，所述步驟3)中煅燒的時間為1-2小吋。
【文檔編號】B82Y30/00GK103553043SQ201310468042
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】歐陽海波, 李翠艷, 黃劍鋒, 曹麗云, 殷立雄, 費杰 申請人:陜西科技大學