[發明專利]一種碳材料的合成方法

有效

• 申請號: 201410591305.4
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN105621384B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 范峰;凌鳳香;王少軍;張會成;陳曉剛;楊春雁
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于多孔無機材料合成領域，具體地說是一種碳材料的合成方法。

背景技術

根據國際純粹與應用化學聯合會的分類，多孔材料可分為三大類：大孔材料（直接＞50nm）、介孔材料（２nm≤直接≤50nm）和微孔材料（直接＜2nm）。由于微孔材料和介孔材料在工業催化與分離等領域得到成功地應用，所以一直是研究和應用的熱點。近年來，隨著大孔材料在大分子催化、分離等領域彌補了以往小孔分子篩及介孔材料難以允許大分子進入孔道內部的缺點，以及其它一些物化特征所體現出的優勢，逐漸吸引的研究者的目光，成為研究的熱門領域。

“利用SiO₂歐泊制備高比表面積三維有序大孔碳”（南京航空航天大學學報，2005，37（5）:593-593）采用膠晶模板法制備三維有序大孔碳，制備步驟是：( 1) 先采用Stobber方法合成單分散SiO₂膠體微球，再經過離心洗滌，乙醇分散，在常溫常壓下靜置10～30天， 將SiO₂ 微球在重力作用下自組裝成有序歐泊結構， 然后在120℃下干燥12h。(2)再用蔗糖填充模板的空隙，以及重復碳化的過程，制備出大孔碳材料。

“雙模板法合成介孔/大孔二級孔道碳材”（物理化學學報，2007，23(5):

757-760）采用膠晶模板法制備介孔/大孔二級孔道碳材料，其合成方法是：先按照Stober法制得接近單分散的二氧化硅球，并在重力作用下自組裝而形成模板；再制備酚醛樹脂低聚物溶解，并將其與乙醇，Pluronic F127等有機物混合，然后浸入二氧化硅模板中，室溫放置至溶液變干；然后將酚醛樹脂完全聚合，在氮氣保護氣氛下碳化，并用氫氟酸除去二氧化硅后即得到介孔/大孔二級孔道碳材料，碳材料的大孔直徑約為230nm，介孔直徑約為10nm。

CN102295281A，一種以空心介孔硅球為模板制備分級多孔碳的方法，將酚醛樹脂乙醇溶液浸漬到空心介孔硅球的介孔孔道中，然后將酚醛樹脂初步固化、深固化、碳化和脫除模板，最終制備了具有大孔、介孔、微孔的分級多孔碳。其中模板為空心介孔硅球，空心介孔硅球具有空心核和介孔壁，空心核孔徑是300-800 nm，介孔壁約25-60nm。制備的分級多孔碳的孔徑為300-800nm，壁厚為25-60nm。

CN103482597A，一種中大孔炭的合成方法，將樹脂與固化劑混合、加熱固化；再將固化料粉碎后與造孔劑和支撐劑混合，充分混合后壓制成預制體，再高溫碳化，制備中大孔炭，其大孔孔徑在50nm-10μm。其中造孔劑為聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚酞亞胺樹脂，作用是制造大孔，孔徑可以改變含碳材料與造孔劑比例，以及溫度、壓制壓力和材料比例來調節；支撐劑為石墨粉、活性炭粉、活性炭纖維、納米碳管或石墨纖維，作用是一定程度上阻止碳化過程中的基體收縮，使多孔炭的孔隙結構趨于穩定和加大孔徑。

現有大孔材料，尤其是大孔碳的制備方法雖然已有很多公開報道，但仍有一些缺陷需要克服，比如膠晶模板法的模板組裝耗時過長，制備成本高，難以工業化生產；有些技術得到的大孔材料的大孔比例以及含量過低，大孔孔徑一般大于200nm，孔徑過大應用價值較低，孔徑范圍在100～200nm具有高應用價值的大孔難以制備。因此，研究新型的，尤其是廉價高效的大孔碳的制備方法就具有十分現實的意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種碳材料的合成方法，本發明提供的碳材料具有豐富的孔結構，合成方法簡單易行，生產成本低。

本發明提供一種碳材料，所述碳材料具有如下特征：組成成分為無定形碳元素，具有兩級孔道，其中第一級孔道的孔徑為20～40nm，第二級孔道的孔徑為100～200nm；總比表面積為500～1000 m²/g。

本發明所述碳材料的合成方法，包括以下步驟：

（1）將碳酸鈣與堿液混合，在50～90℃下攪拌處理，然后過濾，過濾得到的固體物質在300～500℃下熱處理1～3h；

（2）將經步驟（1）處理后的碳酸鈣與水和糖類物質混合，攪拌10～60min，然后超聲波處理1～10h；

（3）將步驟（2）得到的溶液在50～100℃下攪拌，直至溶液變為粘稠狀態，然后在50～80℃下干燥；

（4）將步驟（3）得到的固體物質在氮氣氣氛下碳化，所述碳化處理分兩段進行，首先升溫至300～450℃，恒溫處理1～3h；再升溫至800～1000℃碳化處理4～8h；