[發(fā)明專利]一種多孔復(fù)合材料及碳材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310747810.9
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN103723702A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛春峰;李曉紅;郝曉剛;郭崢嶸;徐婷婷
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;C01B31/12
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 戎文華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔碳材料的制備方法，具體是屬于弱酸強(qiáng)堿鹽、苯酚類物質(zhì)、甲醛與造孔劑協(xié)同組裝的反應(yīng)，獲得多孔復(fù)合材料及碳材料的制備方法。

技術(shù)背景

多孔復(fù)合材料及碳材料具有大的比表面積和孔容、均勻可調(diào)的孔徑和骨架組成，在物質(zhì)的分離、催化、吸附以及光電微器件等方面有廣闊的應(yīng)用前景，得到了人們的廣泛重視。除了具有上述優(yōu)異性能外，多孔碳材料在新能源領(lǐng)域包括鋰離子電池、太陽能電池、燃料電池、雙電層超級(jí)電容器等方面已顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。多年來主要采用碳源澆鑄作為多孔氧化硅硬模板，碳化后除去該硬模板的方法制備性能比較優(yōu)良的多孔碳材料，但是這種硬模板制備多孔碳材料的方法工序復(fù)雜，成本較高。

能夠獲得的現(xiàn)有技術(shù)還有：（1）以酚醛樹脂、乙二醇和苯磺酰氯為起始原料，通過初固化、碳化等工藝制得具有雙級(jí)孔徑分布碳材料（公開號(hào)為CN101074095）。（2）以魚鱗作為碳源和天然模板，在300～350℃下進(jìn)行預(yù)碳化制備出多級(jí)孔碳材料（CN200910243069.6）。（3）以酚醛樹脂、兩種造孔劑及固化催化劑為起始原料，通過固化、碳化等工藝制得同時(shí)具有介孔和大孔孔徑分布的碳素材料，（CN200910021996.3）。（4）以明膠為碳的前驅(qū)體，碳酸鈣為模板制備多孔碳材料（CN200910136588.2）。（5）利用具有多孔有機(jī)骨架材料聚四苯甲烷為原料，以堿金屬氫氧化物如KOH，NaOH，CsOH為活化劑制備碳材料（CN201210361711.2）。（6）利用具有比表面500-3000平方米每克的有機(jī)骨架材料為原料，在氮?dú)饬飨绿蓟苽涮疾牧希–N201110088063.3）。??

上述現(xiàn)有技術(shù)所得材料的孔道間的連通性有待提高，有些原料對環(huán)保無益。

共組裝法是直接利用表面活性劑類物質(zhì)為造孔劑制備多孔碳材料的新方法，這種方法省去了制備多孔氧化硅等硬模板的繁瑣步驟，日益受到人們的青睞。這種方法是基于溶劑揮發(fā)協(xié)同組裝的過程。其一般以苯酚類物質(zhì)和甲醛及其衍生物為碳源，是在催化劑作用下反應(yīng)。常采用的催化劑有：1)?酸類：鹽酸、乙酸、甲酸、硫酸，檸檬酸等；2)?堿類：氫氧化鈉、氫氧化鉀等；3)?其他：氧化鎂、苯磺酰氯等。其中最常用的為鹽酸和氫氧化鈉，但它們的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性對設(shè)備的耐腐性能要求高，需要投入很高的基建成本用來防護(hù)；而氨水與苯酚、甲醛均可反應(yīng)，其作為催化劑的反應(yīng)過程更為復(fù)雜。所得材料的介孔孔道間的連通性有待進(jìn)一步提高。強(qiáng)堿弱酸鹽既可以參與苯酚類物質(zhì)與甲醛的反應(yīng)，同時(shí)弱酸強(qiáng)堿鹽參與材料組裝形成高分子復(fù)合材料，并能夠活化碳材料。通過綠色環(huán)保的方法除去弱酸強(qiáng)堿鹽還可產(chǎn)生穴狀孔洞，有利于提高目標(biāo)碳材料孔道的連通性能。且該方法對設(shè)備腐蝕性小、生產(chǎn)成本低，而目前以這種方法制備介孔碳材料和復(fù)合材料的研究鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問題是弱酸強(qiáng)堿鹽促進(jìn)和參與材料組裝并活化碳材料；并提供一種多孔復(fù)合材料及碳材料的制備方法。

本發(fā)明上述所提供的一種多孔復(fù)合材料及碳材料的制備方法，其所述方法是將苯酚類物質(zhì)、弱酸強(qiáng)堿鹽、醛類物質(zhì)、造孔劑與溶劑按摩爾比為：0.01－1300∶0.0001－100∶0.001－3000∶0.0001－28000∶1－270000進(jìn)行反應(yīng)，并和造孔劑協(xié)同組裝，經(jīng)老化得到復(fù)合材料，碳化后得到多孔復(fù)合材料，除去弱酸強(qiáng)堿鹽成分后，得到多孔碳材料。

在上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步地附加技術(shù)方案如下：

一種多孔復(fù)合材料及碳材料的制備方法，所述制備方法是按下列步驟進(jìn)行的：

（1）向融解的0.6mol苯酚類物質(zhì)中加入含0.008mol的弱酸強(qiáng)堿鹽水溶液，攪拌均勻后再加入1.4mol的醛類物質(zhì)，在70-75^oC攪拌1-4h，充分反應(yīng)，得到溶液A；

（2）將0.0064mol的造孔劑溶解在7.6mol溶劑中，攪拌得到溶液B；

（3）將溶液A緩慢加入溶液B中，在10－50℃下，攪拌混合3-5h，得到反應(yīng)溶膠；

（4）將反應(yīng)溶膠轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，待溶劑揮發(fā)完全后，將培養(yǎng)皿置于烘箱內(nèi)進(jìn)行老化，得到高分子復(fù)合材料；

（5）將高分子復(fù)合材料放入加熱爐，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，或者真空中碳化，得到多孔復(fù)合材料，再由水溶解，或是由含0.024mol鹽酸溶液去除無機(jī)成分后，得到比表面積為30-3000m²/g，孔容是0.1-3.0cm³/g的多孔碳材料。