[發(fā)明專(zhuān)利]一種微量鈣添加催化活化制備煤基多孔碳材料的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811039564.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108773844A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫飛;王麗杰;高繼慧;張澤坤;裴桐;皮信信;趙廣播
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/336
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/336
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 侯靜

一種微量鈣添加催化活化制備煤基多孔碳材料的方法，涉及一種多孔碳材料的制備方法。目的是解決傳統(tǒng)煤基多孔碳材料制備方法中物理活化得到的多孔碳材料孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)和化學(xué)活化制備過(guò)程中所需活化劑用量大的問(wèn)題。本發(fā)明以煤為原料，通過(guò)微量有機(jī)或無(wú)機(jī)鈣源與煤的球磨混合過(guò)程，使鈣源分布在煤基質(zhì)中，經(jīng)過(guò)催化活化過(guò)程及含鈣物質(zhì)的去除過(guò)程，獲得煤基多孔碳材料，通過(guò)鈣源和含量調(diào)控所得煤基多孔碳的孔隙配組及孔隙參數(shù)，獲得微孔碳材料及分級(jí)孔碳材料。所得的煤基分級(jí)孔碳比表面積可達(dá)1535m²/g，孔容可達(dá)1.66cm³/g。本發(fā)明適用于深度調(diào)控多孔碳材料孔隙結(jié)構(gòu)，在氣體分子、液相分子吸附及超級(jí)電容儲(chǔ)能領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多孔碳材料的制備方法。

背景技術(shù)

多孔活性碳材料由于多孔活性碳材料由于其理化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔隙及表面化學(xué)特性易于調(diào)控、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在吸附、催化及電化學(xué)儲(chǔ)能等領(lǐng)域均展現(xiàn)了重要應(yīng)用。根據(jù)構(gòu)效機(jī)制，多孔碳材料的吸附儲(chǔ)存性能取決于其孔隙結(jié)構(gòu)與目標(biāo)物質(zhì)(如氣體分子、液相分子)分子尺寸的匹配關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，微孔結(jié)構(gòu)有利于氣體小分子的吸附，而中孔結(jié)構(gòu)有助于液相分子的吸附與儲(chǔ)存。已發(fā)展的多孔碳材料包括微孔碳、有序介孔碳和分級(jí)孔碳等，其制備方法涉及物理/化學(xué)活化法、模板法、自組裝方法及水熱碳化法等。

目前，高性能多孔碳材料的制備過(guò)程的原料來(lái)源、成本以及制備工藝的復(fù)雜性仍是限制其規(guī)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵。以煤或生物質(zhì)為原料的物理/化學(xué)活化工藝具有成本低、可工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)的物理或化學(xué)活化制備煤基多孔碳過(guò)程存在以下兩方面問(wèn)題：(1)以CO₂或水蒸氣為活化介質(zhì)的物理活化方法成本較低，但制備得到的多孔碳材料孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)，且多為微孔結(jié)構(gòu)，采用BET法表征得到的比表面積通常小于1000m²/g；(2)化學(xué)活化法是通過(guò)化學(xué)活化劑KOH、H₃PO₄、K₂CO₃或ZnCl₂與碳質(zhì)前驅(qū)體的混合共碳化實(shí)現(xiàn)造孔，但為獲得發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，常常需要消耗大量的化學(xué)活化劑，活化劑的用量為碳質(zhì)前驅(qū)體質(zhì)量的3～4倍左右，因此制備成本較高，且活化產(chǎn)物需要消耗大量的酸和水去除活性碳中殘留的活化物質(zhì)，從而增加了工藝難度及環(huán)境保護(hù)的困難。因此，針對(duì)上述物理、化學(xué)活化工藝制備多孔活性碳材料的問(wèn)題，發(fā)展新型低成本、環(huán)境友好的高性能多孔碳材料制備方法至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決傳統(tǒng)煤基多孔碳材料制備方法中，物理活化方法得到的多孔活性碳材料孔隙結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)和化學(xué)活化方法所需活化劑用量大的問(wèn)題，提出一種微量鈣添加催化活化制備煤基多孔碳材料的方法。

本發(fā)明微量鈣添加催化活化制備煤基多孔碳材料的方法按以下步驟進(jìn)行：

一、原料細(xì)化

將煤原料依次進(jìn)行破碎、研磨和篩分，得到細(xì)化煤粉；

所述細(xì)化煤粉的粒徑為40目～200目；

所述煤原料為褐煤、煙煤、次煙煤或無(wú)煙煤中的一種或多種按任意比例的混合物；

二、球磨混合

將細(xì)化煤粉與鈣源混合，球磨1h～8h，得到混合物；

所述球磨時(shí)的球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min～500r/min，球磨罐材質(zhì)為瑪瑙或不銹鋼；

所述鈣源為無(wú)水氯化鈣、硫酸鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣、硝酸鈣、甲酸鈣、乙酸鈣、檸檬酸鈣、葡萄糖酸鈣中的一種或多種按任意比例的混合物；

所述細(xì)化煤粉與鈣源中鈣元素的質(zhì)量比為1：(0.001～0.05)；

三、高溫活化