[發明專利]具有官能化孔隙的含碳基質

無效

• 申請號: 201080025019.1
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN102482093A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: Z·雅尼弗;江南;J·諾瓦克
• 申請（專利權）人: 應用納米技術公司
• 主分類號: C01B31/00
• 分類號: C01B31/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

優先權要求和相關申請的交叉引用

本申請要求2010年6月3日提交的美國非臨時申請序列號12/793,659的優先權并與之相關，其通過引用并入本文中。

于2010年6月3日提交的美國非臨時申請序列號12/793,659要求2009年6月5日提交的美國臨時申請序列號61/184,549的優先權并與之相關，其通過引用并入本文中。

發明內容

本申請涉及官能化含碳基質的孔隙。本發明的物質組合物由含碳基質構成。含碳基質可包含至少一種類型的碳材料，例如石墨晶碳材料、碳粉、和人造石墨粉、碳纖維、及其組合。含碳基質可形成為塊、布、片或薄板。含碳基質還可以是無定形的。此外，含碳基質包含多個孔隙。不為金屬的反應性添加劑部分填充含碳基質的多個孔隙的至少一部分，其官能化含碳基質的孔隙。具有官能化孔隙的含碳基質可用作過濾器或用作某些物質的儲存器。

反應性添加劑可通過化學反應(例如通過高壓浸漬反應)布置在含碳基質的孔隙的至少一部分內。例如，可在含碳基質的孔隙內布置一種或多種前體以與含碳基質的碳反應而在含碳基質的孔隙內形成反應性添加劑。可施加壓力和/或熱以引發一個或多個基于所述一種或多種前體在含碳基質的孔隙內形成反應性添加劑的反應。反應性添加劑還可通過高壓浸漬法，例如美國專利No.6,649,265中描述的高壓浸漬法而布置在含碳基質的孔隙內，所述美國專利通過引用并入本文中。

附圖說明

以下結合附圖描述具體實施方式。在附圖中，附圖標記的最左邊的數字標識該附圖標記在其中首次出現的附圖。在整個附圖中，同樣的特征和要素使用相同的標記。

圖1A和1B示出了較高質量針狀焦炭和較低質量焦炭的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖2示出了粗石墨顆粒結構和細石墨顆粒結構的SEM圖像。

圖3為示出了示例性含碳基質的制備方法的流程圖。

圖4示出了含碳基質的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。

圖5A和5B示出了含碳基質的納米石墨板的其他TEM圖像。

圖6A和6B示出了含碳基質的TEM衍射圖和圖像。

圖7示出了通過化學反應在含碳基質的孔隙內布置反應性添加劑的方法的流程圖。

圖8示出了通過高壓浸漬法在含碳基質的孔隙內布置反應性添加劑的方法的流程圖。

圖9示出了具有官能化孔隙的含碳基質的應用。

具體實施方式

多孔碳可用在許多領域中。在一些情況下，多孔碳可用作過濾器。例如，木炭可經加工獲得高度的微孔性，使得一克多孔碳具有大約500m²的表面積。許多應用依靠多孔碳的大表面積來過濾流體和/或氣體。

此外，可通過給多孔碳的表面充正電荷來活化多孔碳以從被過濾的流體和/或氣體吸附雜質。在一些情況下，用來形成多孔碳的木炭可經化學處理以增強通過多孔碳獲得的吸附。經活化的多孔碳也可用作燃料儲存器以儲存天然氣和H₂氣。

本發明的物質組合物包括在孔隙的至少一部分內布置有反應性添加劑的多孔含碳基質。本發明的物質組合物可由這樣的方法形成，該方法在出于各種目的官能化含碳基質的孔隙中具有靈活性。例如，可基于含碳基質的預期功能(例如過濾或儲存)，采用高壓浸漬反應和若干反應性添加劑前體來給含碳基質的孔隙涂布以特定的反應性添加劑。在另一實例中，可根據含碳基質的預期功能采用高壓浸漬法來在含碳基質的孔隙內布置特定的反應性添加劑。

布置在含碳基質的孔隙內的反應性添加劑的量取決于高壓浸漬過程中或高壓浸漬反應過程中實施的工藝條件，例如溫度、壓力和時間。因此，布置在孔隙內的反應性添加劑的量，例如孔隙的涂層厚度，可通過施加的工藝條件加以控制。此外，可在含碳基質的孔隙內布置多種反應性添加劑且反應性添加劑中的每一種可起到不同的作用，例如儲存和過濾。此外，反應性添加劑中的每一種可相對于不同的物質起到相同的作用。例如，一種反應性添加劑可布置在含碳基質的孔隙內以過濾一種物質，而另一反應性添加劑可布置在含碳基質的孔隙內以過濾另一物質。

含碳基質的石墨碳可基于工業焦炭產品。該殘碳可源自天然來源或源自例如煤和石油工業中的煉制工藝。在一些示例性的實施方案中，可采用源自石油產品的較高質量針狀焦炭來形成含碳基質。