本發(fā)明屬于環(huán)?；蛐履茉搭I(lǐng)域，具體涉及一種在多孔材料中負(fù)載易升華物質(zhì)的方法。

背景技術(shù)：

隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，地球資源日益枯竭，人們在急于尋找新型能源的同時，加倍關(guān)注對已有能源的可循環(huán)利用。另外使用化石燃料導(dǎo)致的環(huán)境污染問題也被環(huán)保人士及科學(xué)家們飽受詬病。我國自上世紀(jì)八十年代以來，國民經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，資源枯竭與環(huán)境污染的問題也日益突顯。我國作為煤炭大國，煤炭資源占總資源儲量的一半以上，而煤炭資源在開采、加工、發(fā)電應(yīng)用中常常伴隨著巨大的廢棄物，其產(chǎn)生的工業(yè)三廢(廢渣、廢水、廢棄)一直以來是我國工業(yè)綠色改革、可循環(huán)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

多孔材料，多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料，孔洞的邊界或表面由支柱或平板構(gòu)成。多孔材料按孔徑尺寸分類的方法源國際純化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)組織，為推動多孔材料的研究，推薦了上述專門術(shù)語。按照孔徑大小的不同，多孔材料又可以分為微孔(孔徑小于2nm)材料、介孔(孔徑2-50nm)材料和大孔(孔徑大于50nm)材料。多孔材料可由多種金屬和合金以及難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等制成。近年來多孔碳材料因其優(yōu)異的性能收到工業(yè)界和新能源領(lǐng)域的關(guān)注。

多孔碳材料是指具有不同孔結(jié)構(gòu)的碳素材料，其孔徑大小從相當(dāng)于分子大小的納米級超細(xì)微孔直到適應(yīng)微生物增殖及活動的微米級細(xì)孔。多孔碳材料具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率、高電導(dǎo)率、高強度，且具有巨大的比表面積，另外多孔碳材料還能夠耐腐蝕、抗氧化，良好的可加工性能。因此，多孔碳材料在氣體和液體的精制、分離以及水處理、空氣凈化等方面已得到廣泛的應(yīng)用。

近年來，多孔材料由于其優(yōu)異的導(dǎo)電性能和表面吸附性能，在能源材料領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，將其作為催化劑的良好載體，可以大大加速化學(xué)反應(yīng)速率，將其作為超級電容器或二次鋰硫電池的電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

現(xiàn)有的多孔材料負(fù)載單質(zhì)易升化物質(zhì)的方法主要有：

(1)吸附法：將多孔材料進(jìn)行壓塊封裝組成吸附袋或吸附模塊，利用其優(yōu)異的表面吸附能力將通過的含易升化物質(zhì)廢氣中的易升化物質(zhì)元素進(jìn)行吸附。該方法雖然工藝簡單，但未能充分利用多孔材料高比表面積及孔容，易中毒，負(fù)載易升化物質(zhì)效率低下。

(2)溶劑交換法：將易升化物質(zhì)單質(zhì)溶解于乙醇、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、環(huán)己烷、甲苯和苯有機溶劑中，將上述溶劑浸漬多孔材料，再將有機溶劑蒸發(fā)后，單質(zhì)易升化物質(zhì)重新析出負(fù)載在多孔材料中。但該方法中有機溶劑難以進(jìn)入微孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致負(fù)易升化物質(zhì)不充分且不夠均勻，且有機溶劑多有毒性，蒸發(fā)后需要回流冷凝以回收利用，導(dǎo)致工藝復(fù)雜，成本難以下降。

(3)熱處理法：將單質(zhì)易升化物質(zhì)和多孔材料按照一定比例混合，攪拌球磨后密封于特制容器中，抽真空或通入惰性氣氛保護，再送入熱處理爐中在40～150℃處理1～8小時，再加熱到300℃以上處理1～3小時，去除未復(fù)合良好的多余單質(zhì)易升化物質(zhì)，隨爐冷卻至室溫，即可完成多孔材料負(fù)載單質(zhì)易升化物質(zhì)工藝。這種方法工藝條件較為苛刻，負(fù)載時間較長，難以實現(xiàn)自動化工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種在多孔材料中負(fù)載易升華物質(zhì)的方法，該方法工藝簡單、成本低、負(fù)載易升化物質(zhì)量高且易升化物質(zhì)單質(zhì)分布均勻。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種在多孔材料中負(fù)載易升華物質(zhì)的方法，該方法基于蒸發(fā)冷卻裝置，具體結(jié)構(gòu)為：包括密封容器，密封容器上連通有冷卻裝置和惰性氣體管，冷卻裝置連接有真空泵；

具體方法為：

步驟1，將單質(zhì)易升華物質(zhì)加入密封容器中，將預(yù)處理后的多孔材料裝載在冷卻裝置中；

步驟2，向密封容器中通入惰性氣氛，并打開真空泵，使密封容器中保持負(fù)壓，至完全排除蒸發(fā)冷卻裝置中的空氣；

步驟3，對密封容器進(jìn)行加熱，使單質(zhì)易升化物質(zhì)受熱升華為易升化物質(zhì)蒸汽，并逐漸充滿冷卻裝置；

步驟4，開啟冷卻裝置，根據(jù)多孔碳材料質(zhì)量保持負(fù)載一定時間，得到負(fù)載量高、分布均勻的復(fù)合材料。

本發(fā)明的特點還在于，

步驟1中多孔材料為多孔碳材料、介孔硅材料、沸石分子篩或者泡沫鎳。

步驟1中單質(zhì)易升華物質(zhì)為單質(zhì)硫、單質(zhì)碘、單質(zhì)萘或三氯化鋁。

冷卻裝置為冷凝管、多管冷卻器或者冷卻塔。

步驟1中多孔材料的預(yù)處理是將多孔材料用去離子水清洗后在80～100℃下干燥10～24h。

步驟2中向密封容器中通入惰性氣氛，并打開真空泵，使密封容器中保持負(fù)壓-0.1～-10.0Mpa，保持30s～30min至完全排除蒸發(fā)冷卻裝置中的空氣。

步驟2中惰性氣氛為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣或氙氣。

步驟3中加熱溫度為300～500℃。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明在多孔材料中負(fù)載易升華物質(zhì)的方法，具有以下特點：

(1)綠色環(huán)保、高效均勻：本發(fā)明通過將單質(zhì)易升化物質(zhì)氣化后在多孔材料表面凝結(jié)實現(xiàn)負(fù)載易升化物質(zhì)，反應(yīng)溫度較低(300℃即可)，無廢棄物產(chǎn)生，氣相易升化物質(zhì)更容易進(jìn)入多孔材料的多級孔道結(jié)構(gòu)中，充分發(fā)揮多孔材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，從而提高多孔材料的負(fù)載量，另一方面由于氣相易升化物質(zhì)冷卻速度快，凝固后顆粒粒徑細(xì)小，從而優(yōu)化多孔材料負(fù)載易升化物質(zhì)的均勻程度；

(2)負(fù)載工藝簡單，易于擴大、自動化：本發(fā)明方法中，在完成儀器布置后，基本不需人工操作，即可完成。若能提供源源不斷的易升化物質(zhì)源和連續(xù)更換的多孔材料即可實現(xiàn)自動化連續(xù)批量生產(chǎn)。

綜上所述，本發(fā)明提出了一種簡便易操作、易于自動化的多孔材料負(fù)載單質(zhì)易升化物質(zhì)的方法，且獲得的易升化物質(zhì)/多孔材料的復(fù)合材料具有載量高、分布均勻的特性，可用于含有易升化物質(zhì)的工業(yè)廢氣的高效處理，也可以用于制備均勻高效復(fù)合的新型復(fù)合材料。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法中所用蒸發(fā)冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.密封容器，2.惰性氣體管，3.冷卻裝置。

圖2是實施例1中獲得的負(fù)硫多孔碳復(fù)合材料的熱重曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明在多孔材料中負(fù)載易升華物質(zhì)的方法，該方法基于蒸發(fā)冷卻裝置，如圖1所示，具體結(jié)構(gòu)為：包括密封容器1，密封容器1上連通有冷卻裝置3和惰性氣體管2，冷卻裝置3連接有真空泵；冷卻裝置3為冷凝管、多管冷卻器或者冷卻塔；

具體方法為：

步驟1，將單質(zhì)易升華物質(zhì)加入密封容器1中，將預(yù)處理后的多孔材料裝載在冷卻裝置3中；多孔材料的預(yù)處理是將多孔材料用去離子水清洗后在80～100℃下干燥10～24h；其中多孔材料為多孔碳材料、介孔硅材料、沸石分子篩或者泡沫鎳；單質(zhì)易升華物質(zhì)為單質(zhì)硫、單質(zhì)碘、單質(zhì)萘或三氯化鋁；

步驟2，向密封容器1中通入惰性氣氛(惰性氣氛為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣或氙氣)，并打開真空泵，使密封容器1中保持負(fù)壓-0.1～-10.0Mpa，保持30s～30min至完全排除蒸發(fā)冷卻裝置中的空氣；

步驟3，對密封容器1進(jìn)行加熱至300～500℃，使單質(zhì)易升化物質(zhì)受熱升華為易升化物質(zhì)蒸汽，保持1s～10min使蒸汽充滿冷卻裝置3；

步驟4，開啟冷卻裝置3，根據(jù)多孔材料質(zhì)量保持負(fù)載10s～1h，得到負(fù)載量高、分布均勻的復(fù)合材料。

實施例1

(1)預(yù)處理乙炔黑多孔碳材料及所使用的容器導(dǎo)管：將1g乙炔黑多孔碳材料和所使用的容器和導(dǎo)管使用去離子水清洗后一并放入鼓風(fēng)干燥箱中80℃下干燥10h，去除表面水分；

(2)將1g單質(zhì)硫放入密封容器中，冷卻裝置(冷凝管)內(nèi)部裝載1g乙炔黑多孔碳材料；

(3)通入氮氣，并打開真空泵，調(diào)節(jié)氣瓶和真空泵氣閥使密封容器內(nèi)保持-0.1Mpa，保持30s至完全排除整個裝置中的空氣；

(4)對密封容器加熱至溫度為500℃左右，密封容器中的單質(zhì)硫受熱升華為硫蒸汽，硫蒸汽在負(fù)壓驅(qū)動下進(jìn)入冷卻裝置，保持1s使硫蒸汽充滿冷卻裝置；

(5)開啟冷凝管內(nèi)水循環(huán)，對管內(nèi)硫蒸汽進(jìn)行快速冷卻；

(6)保持負(fù)硫工藝10s，即可獲得負(fù)硫量高、硫分布均勻的復(fù)合材料。

圖2為實施例1中所得的多孔碳負(fù)載單質(zhì)硫復(fù)合材料的熱重曲線圖，從圖2中可見多孔碳受熱后重量變化很小，純硫則完全氣化，復(fù)合材料則失重55％，可以推測該復(fù)合材料中負(fù)載了55％的單質(zhì)硫。

實施例2

(1)預(yù)處理介孔硅材料及所使用的容器導(dǎo)管：將100g介孔硅材料和所使用的容器和導(dǎo)管使用去離子水清洗后一并放入鼓風(fēng)干燥箱中100℃下干燥24h，去除表面水分；

(2)將100g單質(zhì)碘放入密封容器中，冷卻裝置(多管冷卻器)內(nèi)部裝載100g介孔硅材料；

(3)通入氦氣，并打開真空泵，調(diào)節(jié)氣瓶和真空泵氣閥使密封容器內(nèi)保持-10.0Mpa，保持30min至完全排除整個裝置中的空氣；

(4)采用電熱套加熱密封容器，加熱溫度為300℃左右，密封容器中的單質(zhì)碘受熱升華為碘蒸汽，碘蒸汽在負(fù)壓驅(qū)動下進(jìn)入冷卻裝置，保持10min，使碘蒸汽充滿冷卻裝置；

(5)開啟多管冷卻器，冷卻方法為噴淋冷卻，冷卻介質(zhì)為鹽溶液，對管內(nèi)碘蒸汽進(jìn)行快速冷卻；；

(6)保持該工藝1h，即可獲得負(fù)載量高、碘分布均勻的復(fù)合材料。

實施例3

(1)預(yù)處理沸石分子篩及所使用的容器導(dǎo)管：將沸石分子篩和所使用的容器和導(dǎo)管使用去離子水清洗后一并放入鼓風(fēng)干燥箱中90℃下干燥12h，去除表面水分；

(2)將10g單質(zhì)萘放入密封容器中，冷卻裝置(冷凝管)內(nèi)部裝載50g沸石分子篩；

(3)通入氬氣，并打開真空泵，調(diào)節(jié)氣瓶和真空泵氣閥使密封容器內(nèi)保持-1.0Mpa，保持10min至完全排除整個裝置中的空氣；

(4)采用酒精燈加熱密封容器，加熱溫度為500℃左右，容器中的單質(zhì)萘受熱升華為萘蒸汽，萘蒸汽在負(fù)壓驅(qū)動下進(jìn)入冷卻裝置，保持1min使萘蒸汽充滿冷卻裝置；

(5)開啟冷凝管，冷卻方法冷媒循環(huán)冷卻，冷卻介質(zhì)為有機溶劑；

(6)保持負(fù)萘工藝30min，即可獲得負(fù)萘量高、萘分布均勻的復(fù)合材料。

實施例4

(1)預(yù)處理泡沫鎳及所使用的容器導(dǎo)管：將泡沫鎳和所使用的容器和導(dǎo)管使用去離子水清洗后一并放入鼓風(fēng)干燥箱中100℃下干燥24h，去除表面水分；

(2)將80g三氯化鋁放入密封容器中，冷卻裝置內(nèi)部裝載40g泡沫鎳；

(3)通入氖氣，并打開真空泵，調(diào)節(jié)氣瓶和真空泵氣閥使密封容器內(nèi)保持負(fù)壓-2.0Mpa，保持15min至完全排除整個裝置中的空氣；

(4)采用電熱套加熱密封容器，加熱溫度為300℃左右，密封容器中的三氯化鋁受熱升華為三氯化鋁蒸汽，三氯化鋁蒸汽在負(fù)壓驅(qū)動下進(jìn)入冷卻裝置，保持4min使三氯化鋁蒸汽充滿冷卻裝置；

(5)開啟冷凝管，冷卻方法為冷媒循環(huán)冷卻等，冷卻介質(zhì)為冰水混合物；

(6)保持該工藝40min，即可獲得負(fù)載量高、三氯化鋁分布均勻的復(fù)合材料。