[發明專利]一種高比表面積層次孔炭材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110300579.X
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102509629A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 吳丁財;鐘輝;梁業如;符若文
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;C01B31/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

1.一種高比表面積層次孔炭材料的制備方法，其特征在于：該方法包括以下操作步驟：將線性聚苯乙烯與無水四氯化碳發生Friedel-Crafts交聯反應制備聚苯乙烯基層次孔炭材料，然后將所得聚苯乙烯基層次孔炭材料活化制備得到高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料；所述活化采用的活化劑是KOH。

2.一種高比表面積層次孔炭材料的制備方法，其特征在于具體包括以下操作步驟：

(1)將線性聚苯乙烯加入無水四氯化碳中，攪拌至線性聚苯乙烯完全溶解，得到聚苯乙烯四氯化碳溶液；

(2)將無水三氯化鋁置于反應容器中，加入無水四氯化碳，回流溶解后，加入步驟(1)所得聚苯乙烯四氯化碳溶液，攪拌條件下加熱回流進行Friedel-Crafts反應；

(3)加入乙醇/水混合溶劑終止Friedel-Crafts反應，過濾得到固體產物，經洗滌、過濾和干燥后，得到層次孔聚苯乙烯材料；

(4)將步驟(3)所得層次孔聚苯乙烯材料置于炭化爐中，在惰性氣體氣氛下加熱炭化，得到聚苯乙烯基層次孔炭材料；

(5)將聚苯乙烯基層次孔炭材料與KOH在水/乙醇溶液中充分混合，將混合物干燥；

(6)將步驟(5)干燥后的混合物置于活化爐中，在惰性氣體氣氛下進行高溫活化，活化產物經洗滌、過濾和干燥后，得到高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料；

所述步驟(1)至步驟(3)中線性聚苯乙烯∶無水三氯化鋁∶無水四氯化碳∶乙醇/水混合溶劑的用量配比為0.2～10g∶3～24g∶100～400ml∶100～200ml，其中步驟(1)中無水四氯化碳的用量為6～300ml；

所述步驟(5)中聚苯乙烯基層次孔炭材料與KOH的用量配比為1g∶0.5～8g；

所述步驟(6)中活化條件為以2～5℃/min的升溫速率升溫至500～900℃，活化2～6h。

3.根據權利要求1所述的一種高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述回流裝置帶有裝載無水氯化鈣的干燥管；所述回流溶解是在30～75℃回流溶解20～80min；所述Friedel-Crafts反應的條件為在30～75℃下反應2～72h。

4.根據權利要求1所述的一種高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中乙醇/水混合溶劑為將體積百分比為95％的乙醇和水按1～8∶1的體積比混合而成，其用量為100～200ml；所述過濾條件為室溫減壓抽濾；所述洗滌條件為：先用由乙醇和稀鹽酸按1～5∶1的體積比混合而成的溶液洗滌1～5次，再用由乙醇和水按1～6∶1的體積比混合而成的溶液洗滌1～6次，所述乙醇為體積百分比為95％的乙醇，所述稀鹽酸為體積百分比為5％的鹽酸；所述水均為去離子水；所述干燥條件為105～110℃下干燥2～24h。

5.根據權利要求1所述的一種高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中惰性氣體氣氛為200～800ml/min流速的氮氣氣氛；所述炭化條件為以2～5℃/min的升溫速率到300～900℃，炭化2～6h。

6.根據權利要求1所述的一種高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(5)中水/乙醇溶液是將2～20ml水與2～6ml無水乙醇混合而成；所述聚苯乙烯基層次孔炭材料為將步驟(4)中的聚苯乙烯基層次孔炭材料研磨后過篩，得到100～400目的聚苯乙烯基層次孔炭材料。

7.根據權利要求1所述的一種高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(6)中惰性氣體氣氛為200～800ml/min流速的氮氣氣氛；所述洗滌之前將活化產物的溫度降低至50℃以下；所述洗滌條件為：用去離子水和濃鹽酸按5～20∶1的體積比混合而成的溶液在沸騰條件下洗滌2～8次，再用去離子水洗滌1～4次；所述干燥條件為105～110℃下干燥6～24h。

8.一種根據權利要求1～7任一項所述方法制備得到的高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料，其特征在于：該材料的BET比表面積為1820～3100m²/g，孔容為1.13～2.18cm³/g，其中微孔孔容占24～51％，外部中孔和大孔孔容占49～76％。

9.根據權利要求8所述的一種高比表面積聚苯乙烯基層次孔炭材料在制備電化學電容器的電極材料中的應用。