一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔石墨相氮化碳(p-g-C3N4)材料的制備方法,屬于材料制備及含能材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]類石墨型氮化碳(g_C3N4)是氮化碳中最穩(wěn)定的同素異形體,具有明顯的層狀結(jié)構(gòu),在生物、催化和能源儲(chǔ)備方面都有很好的應(yīng)用前景。研究表明,材料的催化效果與其比表面積有著密切的聯(lián)系。例如,Su等【Su F Z,et al.Catalysis Science &Technology, 2012,2,1005】以腈胺為前驅(qū)體制備高比表面積氮化碳,用tBuOK和KOH溶液對(duì)其進(jìn)行去質(zhì)子化,結(jié)果表明,該材料對(duì)Knoevenagel縮合反應(yīng)和酯交換反應(yīng)表現(xiàn)出較高的催化活性。傳統(tǒng)方法制備出的g_C3N4比表面積小,抑制了其催化活性。通過本發(fā)明提供的方法可制備多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4)材料,大幅度提高了 g_C3N4的比表面積,有效增強(qiáng)了其催化活性。
[0003]高氯酸銨(AP)是固體推進(jìn)劑中常用的氧化劑,含量占到整個(gè)配方的50%~80%,其特性對(duì)推進(jìn)劑的性能至關(guān)重要,尤其是AP的熱分解特性與推進(jìn)劑燃燒特性密切相關(guān)。因此研究催化劑對(duì)AP熱分解的催化作用可預(yù)估催化劑對(duì)AP系推進(jìn)劑的催化效果。碳材料由于其優(yōu)良的性能,已被應(yīng)用于高氯酸銨(AP)催化領(lǐng)域。例如,王等【王學(xué)寶,等.火炸藥學(xué)報(bào),2012, 35,76】通過溶膠-凝膠法制備了高氯酸銨/石墨烯氣凝膠(AP/GA)納米復(fù)合材料,將高氯酸銨的高溫分解溫度降低了 87.3 °C;崔等【崔平,等.火炸藥學(xué)報(bào),2006,29,25】通過溶劑蒸發(fā)法制備了碳納米管(CNTs)/AP復(fù)合粒子,將高氯酸銨的高溫分解溫度降低了113.9 °C?;谝陨戏治觯景l(fā)明采用簡便的方法制備的多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4),對(duì)高氯酸銨(AP)的熱分解有更好的催化作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種多孔石墨相氮化碳(p-g_C3N4)材料的制備方法;此方法工藝簡單,操作方便,與傳統(tǒng)方法制備出的g_C3N4相比,此法制備出的多孔石墨相氮化碳(p-g-C3N4)材料具有更大的比表面積,從而對(duì)高氯酸銨的熱分解表現(xiàn)出更佳的催化效果。
[0005]本發(fā)明提供了一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將三聚氰胺放入熱的去離子水中,攪拌使其溶解,冷卻;
(2)將HC1溶液滴加到步驟(1)的溶液中,攪拌;
(3)將步驟(2)得到的混合液置于烘箱干燥,得到白色粉末;
(4)將步驟(3)得到的白色粉末置于馬弗爐煅燒,煅燒過程為先快速升溫到450~500°C,恒溫1-4 h ;然后快速升溫到500-550 °C,恒溫1-4 h,得p_g_C3N4材料。
[0006]所述步驟(1)中去離子水的用量為200~600 ml,加熱溫度為70~100 °C,三聚氰胺用量為10-40 go
[0007]所述步驟(1)中攪拌時(shí)間為1~2 ho
[0008]所述步驟(2)中HC1溶液的用量為10~40 ml,摩爾濃度為6~12 mol/L。
[0009]所述步驟(2)中攪拌時(shí)間為0.5-2 h。
[0010]所述步驟(3)中干燥溫度為50~80 °C,干燥時(shí)間為12~24 h。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下的有益效果:
(1)本發(fā)明首次以鹽酸和三聚氰胺為原料,利用無模板法合成了孔狀類石墨相氮化碳p-g-C3N4。本發(fā)明通過控制鹽酸和三聚氰胺的配比形成三聚氰胺鹽酸鹽,加熱縮聚過程中鹽酸揮發(fā)誘導(dǎo)形成孔狀結(jié)構(gòu),避免了模板法合成孔狀g_C3N4造成的合成過程繁瑣和環(huán)境污染問題,為合成孔狀g_C3N4提供了一種新方法。
[0012](2)與傳統(tǒng)方法制備的g_C3N4相比,采用本方法制備的p-g_C3N4具有更大的比表面積,提供了更多地活性點(diǎn),加速了電子轉(zhuǎn)移效率,有效提高了催化高氯酸銨(AP)熱分解的活性。
[0013](3)本方法原料價(jià)廉,制備工藝簡單,適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),在含能材料領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0014]圖1為實(shí)施例1制備的g_C3N4和實(shí)施例2制備的p-g-C 3N4的XRD曲線。
[0015]圖2為實(shí)施例2制備的p-g_C3N4的FT-1R曲線。
[0016]圖3為實(shí)施例3制備的p-g-C3N4的SEM圖片。
[0017]圖4為實(shí)施例4制備的p-g_C3N4的TEM圖片。
[0018]圖5為實(shí)施例2制備的p-g_C3N4催化高氯酸銨熱分解的性能測試曲線。
[0019]圖6為本發(fā)明一種p-g-C3N4材料的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例1 (對(duì)比實(shí)施例)制備g_C3N4
稱取5 g三聚氰胺放入陶瓷坩禍中(蓋上坩禍蓋),在馬弗爐中以50°C /min升溫到500°C,在這個(gè)溫度下保溫焙燒1 h,接著5min內(nèi)快速升溫到520°C,保溫焙燒1 h,冷卻研磨得黃色粉末樣品。
[0022]將實(shí)施例1制備的材料,經(jīng)X-射線衍射儀掃描后,見圖1,為g_C3N4。
[0023]實(shí)施例2制備孔狀p-g_C3N4
如圖6所示,一種多孔石墨相氮化碳材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)稱取20g三聚氰胺溶于300 ml溫度為80 °C的去離子水中,攪拌1.5 h,冷卻至室溫;
(2)將20ml濃度為10 mol/L的HC1溶液滴加到步驟(1)的溶液中,攪拌lh ;
(3)將步驟(2)得到的混合液置于烘箱60°C干燥20 h,得到白色粉末;
(4)將步驟(3)得到的白色粉末置于馬弗爐煅燒,煅燒過程為先快速升溫到470°C,恒溫3 h ;然后快速升溫到510 °C,恒溫3 h,最后得p-g_C3N4材料。
[0024]將實(shí)施例2制備的材料,經(jīng)X-射線衍射儀掃描后,見圖1,制備的p-g_C3N4和普通方法(實(shí)施例1)制備的g-C3N4—樣,具有類石墨結(jié)構(gòu)。
[0025]將實(shí)施例2制備的p-g_C3N4材料,經(jīng)傅里葉變換紅外光譜儀觀察,見圖2,孔狀p-g-C3N4和g-C3N4 (實(shí)施例1)在1200-1800 cm 1具有類似的紅外吸收峰,表明制備的p-g-C3N4和g-C 3N4—樣,具有類石墨結(jié)構(gòu)