[發(fā)明專利]用噴霧干燥或噴霧熱解制備中孔炭結(jié)構(gòu)的方法及其組合物

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780043772.1
• 申請日: 2007-12-10
• 公開（公告）號: CN101541674A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金相澔;權(quán)元鐘;李賢鎬;陳善美;金載洪;孫權(quán)男;石智元;崔丙熹
• 申請（專利權(quán)）人: LG化學(xué)株式會社
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 北京金信立方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 朱 梅;黃麗娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備具有大比表面積和細微孔徑的中孔球形炭結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

具有大比表面積和均勻納米孔的納米多孔材料可以用于多種用途，包括催化劑、吸附劑、電極材料和用于分離和純化的材料[參見Corma，A.Chem.Rev.，1997，97，2373]。用于合成多孔炭材料(porous?carbon?material)的典型方法包括下面的步驟：(1)對碳進行化學(xué)活化處理、物理活化處理或其組合；(2)用金屬催化劑或有機金屬催化劑使炭前驅(qū)體活化；(3)混合熱解聚合物與碳化聚合物，并使混合物碳化；(4)在超臨界干燥條件下使合成的氣凝膠聚合物碳化。

近來，許多研究小組已經(jīng)報道使用無機模板合成炭材料的方法，以及使用模板制備多孔炭粒子的一般方法如下所述。具體而言，該方法包括：在液態(tài)下形成模板/炭前驅(qū)體復(fù)合物、通過熱處理來碳化炭前驅(qū)體、然后除去模板。該模板合成法的優(yōu)點在于容易在炭中引入孔，但是該方法的問題在于難以制備模板，并且過程復(fù)雜且耗時。特別是，如果不能實現(xiàn)使炭前驅(qū)體與模板在液態(tài)下均勻混合，則所得的多孔炭粒子中的孔結(jié)構(gòu)是不均勻的，并且不能得到所需的孔徑和孔的形狀。而且，為了將多孔炭粒子作為產(chǎn)品應(yīng)用，需要包括粉碎、研磨和團聚(agglomeration)的額外的步驟?；谶@個原因，在本領(lǐng)域內(nèi)需要開發(fā)一種使制備過程中需要的時間、成本和制備步驟最小化的新的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是開發(fā)一種合成多孔球形炭結(jié)構(gòu)的方法，該方法比現(xiàn)有方法簡單，并且能夠自由控制炭結(jié)構(gòu)的孔徑和孔隙率。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個技術(shù)方案，提供一種制備多孔炭結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟：(a)混合炭前驅(qū)體、熱解模板和溶劑以制備噴霧溶液，該模板或者在炭前驅(qū)體被碳化的溫度范圍內(nèi)或者在低于該溫度范圍的溫度下熱解；(b)對所述噴霧溶液進行噴霧熱解或者進行噴霧干燥后再噴霧熱解。

根據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)方案，提供一種制備多孔炭結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟：(a)混合炭前驅(qū)體、硬模板和溶劑以制備噴霧溶液；(b)對所述噴霧溶液進行噴霧熱解或者進行噴霧干燥后再噴霧熱解，從而形成碳化的炭結(jié)構(gòu)/硬模板復(fù)合物；和(c)從碳化的炭結(jié)構(gòu)/硬模板復(fù)合物中除去硬模板。

根據(jù)本發(fā)明的又一技術(shù)方案，提供用于形成用于噴霧干燥的多孔炭結(jié)構(gòu)的組合物，該組合物包含炭前驅(qū)體、用于形成孔的模板和溶劑。

根據(jù)本發(fā)明的再一技術(shù)方案，提供在制備多孔炭結(jié)構(gòu)的過程中通過噴霧熱解包含模板的含炭前驅(qū)體的溶液來控制多孔炭結(jié)構(gòu)的孔徑、比表面積或者二者的方法，該模板在炭前驅(qū)體的碳化溫度下熱解或者在碳化后通過后處理除去，從而形成孔，其中，該方法包括控制模板的含量。

根據(jù)本發(fā)明，通過使用形成孔的模板可以提供具有多種孔徑和孔隙率的多孔炭結(jié)構(gòu)(粒子)，該模板在炭前驅(qū)體的碳化溫度下熱解或者在碳化后通過后處理除去，從而形成孔。

附圖說明

圖1為顯示使用噴霧干燥或噴霧熱解制備多孔炭粒子的方法的示意圖。

圖2為根據(jù)實施例1制備的多孔炭粒子的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。

圖3為根據(jù)實施例2制備的多孔炭粒子的SEM照片。

圖4為根據(jù)實施例3制備的多孔炭粒子的SEM照片。

圖5為根據(jù)實施例7制備的多孔炭粒子的SEM照片。

圖6為根據(jù)比較實施例1制備的多孔炭粒子的SEM照片。

具體實施方式

在下文中，將詳細描述本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種用于制備具有1～100nm的孔徑和大比表面積的中孔球形炭粒子的新方法。更具體而言，根據(jù)本發(fā)明，通過噴霧干燥和/或噴霧熱解形成炭前驅(qū)體球，然后在碳化過程中或之后除去模板，更容易以高生產(chǎn)率制備多孔炭粒子。

現(xiàn)有的噴霧干燥法是在奶粉、陶瓷、藥物等生產(chǎn)過程中使用的方法，并且是通過向高溫箱中噴射粒子前驅(qū)體溶液并從形成的液滴中除去溶劑而形成粒子的方法。自從在十九世紀開發(fā)出該方法以來，迄今為止該方法已被廣泛用于產(chǎn)品的生產(chǎn)中。已經(jīng)被證實，根據(jù)該方法，形成粒子的產(chǎn)率為80～99％。對于粒狀吸附劑、過濾劑、電極材料等的應(yīng)用，需要將材料加工成合適的尺寸和形狀，另外，需要使其形成球形，因為在性能方面球形通常優(yōu)于無定形形狀。對于粒子用作產(chǎn)品的用途，使用上述噴霧干燥或噴霧熱解法能夠同時制備出具有所需尺寸的球形粒子，而因此其優(yōu)點在于不需要進行另外的成形步驟，包括粉碎、研磨和團聚。實際上，使用上述噴霧干燥或噴霧熱解法能夠制備粒徑范圍為500nm～1000μm的球形粒子。