[發明專利]一種大尺寸多孔碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910844404.1
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110589794A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 張展;穆春豐;張大奎;賈楠楠;張馨予;姚君;王曉楠
• 申請（專利權）人: 鞍鋼化學科技有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B82Y40/00
• 代理公司: 21224 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張群

本發明涉及一種大尺寸多孔碳材料的制備方法，1)將二氧化硅磨成粉末，烘干；2)加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮PVP和正硅酸乙酯TEOS，充分攪拌，二氧化硅粉末完全浸潤液體后取出，干燥將表面活性劑蒸干，形成碳氮復合小球；3)將碳氮復合小球加入反應釜中，以乙二醇為溶劑，聚合生成小球聚合物；4)將小球聚合物和氨腈混合，形成碳氮復合材料前驅體，煅燒，形成碳氮復合材料；5)在碳氮復合材料中加入溶劑乙醇，在負壓條件下進行攪拌，使二氧化硅為核心的碳氮復合小球脫離碳氮復合材料，碳氮復合小球抽濾排出，抽濾后的殘留物干燥去除乙醇，完成大尺寸多孔碳材料的制備。本發明保證碳材料結構強度的基礎上，降低碳材料15％以上的重量。

技術領域

本發明涉及煉焦領域，特別涉及一種大尺寸多孔碳材料的制備方法。

背景技術

碳纖維材料最早從上世紀70年代開始應用，一直作為高性能材料應用于航空航天和奢侈品行業。近年來，隨著航空航天技術的商用化和民眾消費水平的提高，通用級碳纖維(聚丙烯腈基碳纖維)廣泛應用于家用汽車、高端運動產品和傳統工業。但是，高性能碳纖維一直受困于性能和成本的兩方面影響，商用化進程緩慢。

碳纖維與普通碳素材料相比的的優點是強度高、重量輕，缺點是價格昂貴，生產工藝復雜。如果能在保持普通碳材料強度的基礎上，盡可能的降低碳材料的重量，即可實現碳材料商用化的目標。目前最主流的技術方案是在碳素材料中構造孔洞，降低碳素材料的整體質量。

目前流行的工藝技術主要采用物理加工方式，物理打孔或者球磨方式容易破壞現有碳材料的微觀結構，造成整體強度下降。因此如果能開發一種化學加工方式，在不影響微觀結構的基礎上，降低碳材料重量，將快速實現碳材料商用化的目標。

專利CN201710247691.9一種小尺寸多孔碳納米球的制備方法，將表面活性劑、有機烴類和氨水混合成澄清透明的溶液，加入間苯二酚和甲醛水溶液的混合物，攪拌形成反相微乳液體系；將該體系轉入含聚四氟乙烯內襯的水熱釜內密封，在80～120℃下熱處理10～24h；降溫后向反應液中加入破乳劑，超聲、離心、洗滌、干燥、研磨、惰性氣氛下高溫焙燒后得到碳納米球。本發明所述小尺寸碳納米球的制備方法，工藝簡單、經濟，并且可以通過改變反應條件控制碳納米球的尺寸。該專利采用化學和物理方法結合的方式，最后采用研磨的方式進行造型。研磨影響材料的結構強度，與純化學處理工藝不同。

專利CN201510563597.5一種黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑的制備方法，本發明是要解決現有方法制備的二氧化鈦對太陽光的利用率低及二氧化鈦作為催化劑的電荷傳輸效率低的技術問題。方法：一、制備混合液；二、制備反應液；三、洗滌干燥；四、球磨；五、煅燒；六、洗滌干燥，得到黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑。優點：本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光催化劑降解羅明丹B的降解率大于94％；本發明制備的黑二氧化鈦納米棒可見光光催化劑為棒狀，尺寸為150nm～300nm。該專利采用球磨的方式進行加工，物理加工最終會影響材料的結構強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種大尺寸多孔碳材料的制備方法，不影響碳材料結構強度的基礎上，降低碳材料15％以上的重量。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種大尺寸多孔碳材料的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將二氧化硅磨成直徑5-8μm的粉末，在80-100℃的范圍內烘干2-4h，完全排出水分；

(2)在二氧化硅粉末中加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮PVP和正硅酸乙酯TEOS，三者的質量比為1:0.3-0.8:2-3，充分攪拌，二氧化硅粉末完全浸潤液體后取出，在100-120℃的條件下干燥6-8h，將聚乙烯吡咯烷酮PVP蒸干，正硅酸乙酯TEOS包覆在二氧化硅表面，形成碳氮復合小球；