[發明專利]高比表面積飄帶狀石墨的制備方法

有效

• 申請號: 201711402822.2
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108046253B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李思雨;王利娜;張曉峰;張董;王延偉;許志忠
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;B82Y40/00
• 代理公司: 河南科技通律師事務所 41123
• 代理人: 樊羿;張建東

本發明公開了一種高比表面積飄帶狀石墨的制備方法。所述制備方法包括以下步驟：將瀝青配制成四氫呋喃溶液，記為溶液A；向不銹鋼杯中分別加入正硅酸乙酯、去離子水和HF，室溫下磁力攪拌，得到溶液B；將溶液A加入到溶液B中，攪拌后轉入聚四氟乙烯反應罐中，在40～60℃下靜置至形成凝膠；將所述凝膠進行干燥，之后在空氣氣氛中預氧化3 h以上，接著在炭化爐中N₂下升溫到600℃，之后升溫到600～1000℃，恒溫10min以上，得到復合產物；將所述復合產物加入到氫氟酸中清洗，然后用蒸餾水洗至中性，烘干，之后放入石墨化爐中在氬氣下升溫到2000℃以上，恒溫10min～1 h，即得高比表面積飄帶狀石墨。本發明所用原料便宜，制備成本低，產品具有高比表面積。

技術領域

本發明涉及石墨制備技術領域，具體涉及一種高比表面積飄帶狀石墨的制備方法。

背景技術

多孔炭材料由于具有高的比表面積、孔隙率、穩定性、導電性等優異的性能而被廣泛用作鋰離子電池、燃料電池及超級電容器的電極材料、分離過程及氣體儲存過程中的吸附劑以及重要催化過程中的催化劑載體，多孔石墨是多孔炭材料經過高溫石墨化后而得，經過高溫石墨化后，多孔石墨具有更好的穩定性及高的導電性等優異性能。但是，經過高溫處理后，石墨微晶有序排列形成石墨片層，致使一些孔洞消失，比表面積下降。而在一些應用領域，如作為吸附材料、超級電容器和電極材料等時，石墨比表面積的大小是決定其性能的關鍵性因素。

采用傳統高溫膨化法制備的多孔膨脹石墨，雖具有高比表面積，但是其孔隙率非常大，孔徑也很大，大多數孔隙的直徑一般在微米量級以上，過大的孔隙限制了多孔石墨的應用，降低了應用效果；采用活化鑿孔可以獲得超高比表面積，然而苛刻的活化會導致石墨微晶被破壞；同時，孔徑的大小也是影響石墨材料應用的重要因素，例如在儲能領域中用作電極材料時，石墨中的微孔和中孔作為儲能場所和傳質通道會對電極的能量密度和功率密度有較大的影響。因此，制備高比表面積和孔容的石墨是本技術領域面臨的挑戰之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種成本低的高比表面積飄帶狀石墨的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

設計一種高比表面積飄帶狀石墨的制備方法，包括以下步驟：

（1）將瀝青溶解于四氫呋喃中，配制成濃度為0.05～0.8 g/mL的瀝青四氫呋喃溶液，記為溶液A；

（2）按正硅酸乙酯：水：氫氟酸=5～10:1～3:1～3的體積比，向不銹鋼杯中分別加入所述正硅酸乙酯、水和氫氟酸，室溫下磁力攪拌，得到透明溶液,記為溶液B；

（3）按照溶液A: B=7～16：10的體積比，將步驟（1）中的溶液A加入到步驟（2）中的溶液B中，進行攪拌, 攪拌均勻后轉入聚四氟乙烯反應罐中，在40～60℃下靜置至形成凝膠；

（4）將步驟（3）中所述凝膠進行干燥，之后在200～300℃空氣氣氛中進行預氧化3h以上，得到瀝青/二氧化硅復合物；

（5）將步驟（4）中所得的瀝青/二氧化硅復合物放入炭化爐，在惰性氣氛保護下以2～5℃/min升溫到600℃，5～10℃/min升溫到600～1000℃，之后保持恒溫10min以上，然后自然降至室溫，得到炭/二氧化硅復合物；

（6）將步驟（5）中所得的炭/二氧化硅復合物加入到氫氟酸中充分攪拌，然后用蒸餾水洗至中性，烘干，得到中孔炭材料。

（7）將步驟（6）中所得的中孔炭材料放入石墨化爐中在惰性氣氛保護下以10 ℃/min升溫到2000℃以上，之后保持恒溫10min～1 h，即得。

優選的，在所述步驟（1）中，所述瀝青為煤瀝青或/和石油瀝青。

優選的，在所述步驟（1）中，所述瀝青的濃度為0.1～0.6 g/mL。