[發(fā)明專利]基于聚偏氯乙烯-聚苯乙烯嵌段共聚物的三維多級(jí)多孔炭的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310405577.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN103482601A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊杰;包永忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多級(jí)多孔炭材料的制備方法，尤其涉及基于聚偏氯乙烯-聚苯乙烯嵌段共聚物的三維多級(jí)多孔炭的制備方法。

背景技術(shù)

多孔炭材料具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的吸附和電化學(xué)等特性，廣泛用于吸附分離、催化劑負(fù)載、電發(fā)生或儲(chǔ)存設(shè)備(如超級(jí)電容器、鋰電池等)電極的制備等。按照國(guó)際理論化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的規(guī)定，多孔炭中的孔隙按孔徑大小可分為三類：微孔（＜2nm）、中孔（2～50nm）和大孔（＞50nm）。多孔炭中不同孔徑的孔隙具有不同的作用?？讖叫∮?nm的微孔因數(shù)目多，比表面積大，所以對(duì)氣體分子、小分子液體或直徑較小的離子具有強(qiáng)的吸附作用。孔徑在2～50nm范圍內(nèi)的中孔又叫介孔，主要起輸送被吸附物質(zhì)使之到達(dá)微孔邊緣的通道作用、及吸附分子尺寸較大吸附質(zhì)的作用。因此，中孔發(fā)達(dá)的多孔炭可用于負(fù)載催化劑及吸附分離分子尺寸較大的物質(zhì)，隨著所負(fù)載的化合物的不同而具有不同的功能?？讖酱笥?0nm的大孔則主要起輸運(yùn)通道的作用。純粹的微孔炭、中孔炭或大孔炭，很難達(dá)到炭材料在某一方面的最優(yōu)性能。因此，同時(shí)具有微孔、中孔和/或大孔分布的多孔炭材料，即多級(jí)多孔炭的研究引起了許多研究者的注意。將多孔炭的單一孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)多種尺寸孔結(jié)構(gòu)的比例，可從中選出性能最優(yōu)的多孔炭，對(duì)于未來的實(shí)際應(yīng)用有重要的意義。

傳統(tǒng)的多孔炭材料，主要通過有機(jī)炭前驅(qū)體的高溫?zé)峤狻⑽锢砗突瘜W(xué)活化制備得到，往往存在表面有缺陷、高溫處理或石墨化過程中多孔結(jié)構(gòu)易坍塌等不足，影響多孔炭的性能。為了克服這些不足，研究者開發(fā)了許多新的多孔炭制備方法，包括：(1)物理或物理/化學(xué)深度活化法；(2)包含易熱解組分和加熱炭化組分的炭前驅(qū)體的碳化；(3)金屬、金屬氧化物或有機(jī)金屬化合物催化活化法；(4)碳化氣凝膠或晶體凝膠法；(5)對(duì)包含預(yù)合成的硬模板炭前驅(qū)體碳化并消除模板法；(6)直接碳化含自組裝或相分離軟模板的炭前驅(qū)體法。雖然多孔炭材料的制備方法層出不窮、各具特色，但通過催化劑或致孔劑作用在炭基體上形成孔隙是主要途徑，如活化法是利用無機(jī)或有機(jī)催化劑與炭前驅(qū)體反應(yīng)，形成孔隙；溶膠-凝膠法通過超臨界等特殊的干燥過程在保證炭前驅(qū)體結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)使溶劑脫出，從而在炭前驅(qū)體中留下相應(yīng)的孔隙，其本質(zhì)是利用水或有機(jī)溶劑作為致孔劑；無機(jī)模板法是通過化學(xué)試劑溶解無機(jī)模板，并在炭基體中留下相應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)。炭前軀體結(jié)構(gòu)、催化劑或致孔劑的結(jié)構(gòu)和含量、制備工藝等是影響多孔炭的結(jié)構(gòu)和性能的重要因素。

偏氯乙烯(VDC)聚合物可以不經(jīng)活化就制得以微孔為主的多孔炭材料，因此近年來受到很多研究者的關(guān)注。Lamond等在700℃、800℃炭化VDC樹脂(商品名Saran樹脂)，得到孔徑為0.62nm和0.8nm的炭分子篩。同時(shí)，一些專利也報(bào)道了由VDC聚合物制備具有微孔炭和微孔炭分子篩的技術(shù)。薛立新等(中國(guó)發(fā)明專利CN102505188A)報(bào)道使用聚偏氯乙烯為基體制備活性碳纖維的辦法，可以無需活化直接制備具有微孔活性的碳纖維。宋勤華等(中國(guó)發(fā)明專利CN102389827A)報(bào)道使用偏氯乙烯-丙烯腈共聚物微球作為前體，制備了一種用于去除氣體中微量鹵化物的吸附劑，由于微球型復(fù)合材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，有利于吸附過程的傳質(zhì)和傳熱，同時(shí)也有利于吸附活性位-金屬銀顆粒的分散和穩(wěn)定，制備的吸附劑具有極高的效率。