[發明專利]一種雙峰分布多孔炭的制備方法

無效

• 申請號: 200710062126.1
• 申請日: 2007-06-06
• 公開（公告）號: CN101066759A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發明（設計）人: 劉朗;唐志紅;宋燕;史景利;郭全貴
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 山西五維專利事務所有限公司
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明屬于一種多孔炭的制備方法，具體地說涉及一種雙峰分布多孔炭的制備方法。

背景技術

多孔炭由于具有高比表面積、豐富的孔隙以及耐酸堿性而廣泛的應用在吸附、催化劑載體、色譜柱分離和超級電容器電極等方面。雙峰分布的多孔炭可以提高吸附量，而且由于大中孔的出現而提高炭的吸附速率。通常多孔炭的制備方法主要有物理活化法、化學活化法、催化活化法和模板法。物理活化法、化學活化法和催化活化法可以通過合適的工藝條件制備出高比表面積的多孔炭，但是孔徑分布較寬。模板法分有機模板法和無機模板法：有機模板法是將兩種熱穩定性不同的有機化合物混合，只經過炭化處理制備多孔炭，這種方法制備工藝簡單，但是制備的多孔炭孔徑分布不很集中；無機模板法是一種調控多孔炭孔結構的有效方法，具體是將熱固性酚醛樹脂樹脂、蔗糖和糠醇等炭前驅體引入到分子篩模板中，經過炭化、模板的脫除制備多孔炭。這種方法雖然可以控制多孔炭的孔結構，但是需要合成的分子篩模板，并且制備的多孔炭一般孔徑分布單一。近來，Jiebin?Pang等(Direct?synthesis?of?unimodal?and?bimodal?nanoporous?carbon.Microporous?and?Mesoporous?Materials.74(2004)：73-78)通過加入兩種模板以制備雙峰分布的多孔炭。但是，此工藝需要預先合成無機模板，制備工藝復雜，產品成本高。

發明內容

本發明的目的是提供一種成本低、工藝簡單的制備雙峰分布多孔炭的方法。

本發明采用納米粒子做為模板化合物，金屬化合物做為添加劑制備雙峰分布的多孔炭。其核心是模板化合物、金屬化合物及炭前驅體的選擇，具體說明如下。通過選擇納米粒子的粒徑控制多孔炭的孔徑，而金屬化合物則在炭前驅體固化過程中分解，生成金屬氧化物。炭化過程中金屬氧化物與炭反應，生成金屬炭化物或單質，在這一過程中炭的燒失產生另一孔徑分布的孔。

本發明的制備方法如下：

將金屬化合物以及納米粒子模板化合物加入溶有炭前驅體的溶液中，炭前驅體與金屬化合物、模板化合物的質量比為1∶0.01-0.5∶1-5，脫除溶劑后空氣中80-400℃固化，惰性氣氛下500-1200℃炭化0.1-3h，堿洗或酸洗直到檢測不到模板化合物和金屬元素為止，烘干后制得雙峰分布的多孔炭。

如上所述的金屬化合物為堿土金屬化合物或過渡金屬化合物。堿土金屬化合物為硝酸鎂，碳酸鈣或碳酸鎂等，過渡金屬化合物為硝酸鎳，硝酸鈷，硝酸鐵或氯化鐵等。

如上所述的模板化合物為二氧化硅、氧化鋅或氧化鎂等納米粒子。

如上所述的炭前驅體為酚醛樹脂、瀝青、聚丙烯腈或蔗糖等含碳有機化合物。

如上所述的溶有炭前驅體的溶液為溶有熱固性熱固性酚醛樹脂樹脂的乙醇溶液、溶有瀝青的甲苯溶液、溶有聚丙烯腈的二甲基亞砜溶液或溶有蔗糖的水溶液等有機可溶物。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

(1)制備方法簡單。

(2)通過選擇合適的金屬化合物和相應尺寸的納米粒子可以制備孔徑分布在1-4nm和5-50nm可控的雙峰分布的中孔炭。

(3)產品成本低。

具體實施方式

實施例1

將硝酸鎂和納米二氧化硅加入熱固性酚醛樹脂的乙醇溶液中，酚醛樹脂、硝酸鎂、二氧化硅的質量比為1∶0.01∶1，脫除溶劑乙醇，80℃固化，500℃下炭化0.1h，洗滌烘干得到產品。產品性能指標見表1。

實施例2

將硝酸鎳和納米氧化鋅加入瀝青的甲苯溶液中，瀝青、硝酸鎳、氧化鋅的質量比為1∶0.1∶3，脫除溶劑甲苯，200℃固化，900℃下炭化1h，洗滌烘干得到產品。產品性能指標見表1。

實施例3

將硝酸鐵和納米氧化鎂加入聚丙烯腈的二甲基亞砜溶液中，聚丙烯腈、硝酸鐵、氧化鎂的質量比為1∶0.5∶5，脫除溶劑二甲基亞砜，400℃固化，1200℃下炭化3h，洗滌烘干得到產品。產品性能指標見表1。

實施例4

將硝酸鈷和納米二氧化硅加入蔗糖的水溶液中，蔗糖、硝酸鈷、二氧化硅的質量比為1∶0.05∶1，脫除溶劑水，100℃固化，900℃下炭化1h，洗滌烘干得到產品。產品性能指標見表1。

實施例5

將碳酸鈣和納米氧化鎂加入熱固性酚醛樹脂的乙醇溶液中，酚醛樹脂、碳酸鈣、氧化鎂的質量比為1∶0.3∶3，脫除溶劑乙醇，300℃固化，800℃下炭化1h，洗滌烘干得到產品。產品性能指標見表1。

實施例6