[發明專利]一種含軸向大孔的纖維狀多孔碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610052550.7
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105671693B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 徐順建;羅玉峰;鐘煒;肖宗湖;羅永平;歐惠;吳歡文
• 申請（專利權）人: 新余學院
• 主分類號: D01F9/24
• 分類號: D01F9/24;D01F1/08;D01F1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 安彥彥

技術領域

本發明涉及一種碳材料制備技術，特別涉及一種含軸向大孔的纖維狀多孔碳材料的制備方法。

背景技術

多孔碳是一種孔隙結構發達的碳素功能材料，具有碳材料的性質，如化學穩定性高、催化活性強、導電性好、價格低廉等優點，同時孔結構的引入使其具有比表面積大、孔道結構可控、孔徑可調等特點，廣泛地應用于氣體分離、水凈化、儲氫、超級電容器、燃料電池、鋰離子二次電池、染料敏化太陽電池以及碳化物陶瓷成型等眾多領域，倍受人們的關注。這些用途與多孔碳的孔隙結構以及多孔碳的維度息息相關。例如，多孔碳用作超級電容器的電極材料時，除了要有合適的孔徑分布外，最為理想的是具有高比表面積的三維塊體，這樣可以避免大分子粘結劑和剛性支架引起的外部沉積。又例如，多孔碳用于O₂/N₂分離時，在維度上要求是一維纖維，在孔隙結構上要求具有沿纖維高度軸向取向的大孔(即中空)。因此，如何有效地按需求裁剪多孔碳的孔隙結構(包括氣孔率、孔徑等)和維度是決定其應用的先決條件，有著十分重要的意義。

多孔碳的孔隙結構和維度很大程度上依賴其制備工藝，典型的包括活化法、模板法、生物質碳化法以及聚合誘導相分離熱解法。其中，聚合誘導相分離熱解法不僅能較有效地控制多孔碳的孔隙結構，而且能獲得多種維度的多孔碳，可參見申請號為CN200910021996.3的發明專利《一種含介孔和大孔的多孔碳材料的制備方法》以及申請號為CN200710018125.7的發明專利《多孔碳材料的制備方法》。此外，聚合誘導相分離熱解法具有工藝簡單、成本較低等特點。但是，聚合誘導相分離熱解法在多孔碳的孔隙結構和維度調控上始終均存在盲區：在孔隙結構設計和裁剪方面，由于相分離是由初始均相的微區成分和能量“隨機起伏”所誘導，使得該方法無法獲得高度取向孔；在維度控制方面，現有的研究均集中在二維薄膜和三維塊體，未涉及一維纖維狀多孔碳。

發明內容

本發明的目的是提供了一種含軸向大孔的纖維狀多孔碳材料的制備方法，該方法結合低殘碳率模板線和聚合誘導相分離熱解法，能夠制得含軸向大孔的一維纖維狀多孔碳材料。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種含軸向大孔的纖維狀多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

1)配料：首先按1:0.5～1:4的重量比將熱固性酚醛樹脂和乙二醇混合均勻，隨后加入苯磺酰氯，攪拌均勻配成樹脂混合物，并將獲得的樹脂混合物在室溫下放置；其中，苯磺酰氯的加入量為熱固性酚醛樹脂和乙二醇總重量的8％；

2)浸漬：首先將在室溫下放置后的樹脂混合物加熱到50℃，隨后將模板線浸入到樹脂混合物中，并在50℃下浸泡，獲得樹脂復合線；

3)定型：首先在樹脂復合線上施加軸向正拉力，隨后將處于軸向正拉力下的樹脂復合線干燥；

4)固化：將步驟3)干燥后的樹脂復合線卸除軸向正拉力后再進行干燥，得到中間體；

5)熱解：在N₂保護下進行將中間體熱解，由室溫升至800℃，保溫1h，完成熱解后隨爐冷卻至室溫，獲得含軸向大孔的纖維狀多孔碳材料。

所述步驟1)中熱固性酚醛樹脂中的水含量為8～25％，粘度為0.9～20Pa·s，膠凝時間為5～30min。

所述步驟1)中室溫放置的時間為0.5～2h。

所述步驟2)中模板線為棉線、絲線、麻線、滌綸線、錦綸線、維綸線、滌棉混紡線中的任一種。

所述步驟2)中浸泡的時間為1min～120min。

所述步驟3)中干燥的溫度為50℃，時間為6～12h。

所述步驟4)中干燥由60℃升至100～180℃并保溫8～16h。

由60℃以5℃/h的升溫速率升至100～180℃。

所述步驟5)中由室溫以5℃/min的升溫速率升至800℃。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果：