[發明專利]一種泡沫碳的制備方法

在審

• 申請號: 201811537885.3
• 申請日: 2018-12-15
• 公開（公告）號: CN109553416A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 穆松林;穆欣顰;杜軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B38/02;C04B35/83;C04B35/80
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種用于制備泡沫碳的制備方法，該方法包括以下步驟：包括以下步驟：制作面團、發泡定型、預處理、碳化燒結，制得所述泡沫碳。更高要求時，可在保護氣氛下，進行石墨化處理，制得石墨化的泡沫碳。本發明所述方法的碳源為面粉、玉米粉等可再生資源，廉價易得，發明工藝簡單安全、成本低廉、易于實現產業化。

技術領域

本發明屬于泡沫碳制備，具體涉及一種以面粉、玉米粉、糯米粉、米粉的一種或多種的混合物為碳源的泡沫碳的制備方法。

背景技術

泡沫碳是一種新型碳質材料，是一種以碳元素為主要組成的三維網狀輕質多孔材料。泡沫碳是一種性能優異，用途廣泛的新型材料。具有密度低、耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿、吸水率低、隔熱好、具有導電性，此外，通過摻雜或表面處理后還可具有特殊功能，如催化，選擇性吸附等特性。這些優異的性能使泡沫碳在熱交換器、催化劑載體、電子器件、食品、制藥、石油化工、交通運輸以及航空航天等許多民用和軍用領域具有廣闊的應用前景。近幾年受到國內外學者和研究人員的高度關注，當前相關研究主要集中在廢水及廢氣的吸附材料、催化劑載體、超級電容器的電極材料、絕熱材料、熱能儲存器、吸波材料等領域。

依據石墨化程度不同，泡沫碳可分為非石墨化泡沫碳和石墨化泡沫碳。從泡沫碳材料的制備方法上看，主要有常規發泡法、模板法、超臨界法等，存在操作復雜或工藝條件苛刻的問題。目前，泡沫碳材料的制備原料以非生物質原料為主，如瀝青、樹脂和煤等化合物。CN200710163858.X申請保護“一種高導熱泡沫碳材料的制備方法”，需要將聚氧化乙烯、聚乙烯醇或聚甲基纖維素與蒸餾水混合攪拌4-10小時制備分散劑；中間相瀝青粉碎過篩，與添加物共混球磨1-2小時，然后烘干1-2小時，得到摻雜后的中間相瀝青原料；制備時需氮氣保護，需要外壓作用，450-500℃恒溫2-3小時，冷卻至室溫制得瀝青泡沫體；再在氮氣保護下，升溫至800-1000℃，恒溫1-2小時，自然冷卻至室溫，制得泡沫碳；該技術工序多，耗時長。CN201611014928.0公開了“光催化降解甲醛功能泡沫碳的制備方法”以聚氨酯和活性碳為原料經熱處理制得聚氨酯泡沫碳，然后擔載TiO2制得具有光催化活性的功能泡沫碳。工藝使用到聚醚、硬泡硅油、水、五甲基二乙烯三胺AM-1、二氯一氟乙烷、環乙胺、二苯基甲烷、二異氰酸酯MDI，涉及化工原料多，步驟繁瑣。CN201010161966.5公開了“一種用呋喃樹脂制備泡沫碳的方法”，采用了呋喃樹脂，其發泡碳化過程耗時至少需要38小時，耗時太長。CN201310527246.X申請并獲得授權的專利技術“一種混合基泡沫碳材料的制備方法”，采用煤粉和酚醛樹脂混合制備泡沫碳。除瀝青、樹脂、煤三大類碳源外，也有一些其他碳源的工藝。專利CN201410523690.9保護“一種納米級壁厚的薄壁泡沫炭材料及其制備方法”，利用酸液對玉米淀粉的點蝕水解和脫水作用，在微波條件下使淀粉快速發泡炭化，形成納米級壁厚的薄壁泡沫炭材料，涉及步驟較多。CN201610943820.3申請保護“一種基于廢棄生物質泡沫炭材料的制備方法”，工序涉及廢棄物預處理、液化處理、樹脂化處理、泡沫化處理、還有活化和碳化處理，步驟較多，而采用廢棄物則意味著原料成分不穩定。

由上可知，目前國內報道的工藝，大多碳源為不可再生資源，或者碳源不穩定。而且從制備工藝來看，需在較高的溫度和壓力(600℃左右，7-10MPa)下發泡。至今，我國還未實現泡沫碳的產業化，其根本原因在于：1)現有的工藝涉及步驟較多，工序繁瑣，不利于實現產業化；2)主要工藝以瀝青、樹脂、煤等為原料，一方面這些都是化石能源或其衍生產品，具有不可再生的特性；另一方面其價格受石油供給量影響很大，企業風險較大；3)所需的設備較多，導致前期投入大、生產成本高，阻礙了技術的產業化；4)除原料外，生產中還涉及不少化工原料，有些為揮發性大，易燃易爆化工產品，此外，大多工藝中涉及加壓條件，安全隱患較大也是阻礙技術產業化的一大障礙。

綜上，基于資源豐富且可再生的生物質資源為原料，利用簡單的工藝路線制備綜合性能優異且穩定的泡沫碳材料已經成為該領域的研究熱點。

發明內容