[發明專利]一種連續化制備碳氣凝膠前驅體的方法

有效

• 申請號: 202011245498.X
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112495317B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 許傳華;何慶雅;金亮;潘哲
• 申請（專利權）人: 中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司;中鋼集團馬鞍山礦院新材料科技有限公司;中鋼集團南京華忻科技有限公司
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C01B32/05
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 常前發;奚志鵬

本發明公開了一種連續化制備碳氣凝膠前驅體的方法，包括以下步驟：將間苯二酚加入甲醛水溶液中，攪拌溶解，得到氣凝膠前驅體水溶液；將表面活性劑加入白油，攪拌溶解；控制前驅體水溶液和白油的流量比例，使二者在乳化泵中充分混合成懸浮液；懸浮液出乳化泵直接進管式反應器加熱使水溶液充分反應，得到前驅體白油漿料；最后漿料經過過濾、洗滌，得碳氣凝膠前驅體。本發明方法具有可實現精準控溫、精準控制反應時間、操作簡單、生產效率高、安全環保的優點，制備的碳氣凝膠前驅體干燥、碳化后振實密度高，具有一定的比表面積，可進一步活化得到更高比表面積的碳氣凝膠，可在碳氣凝膠生產中應用。

技術領域

本發明屬于碳氣凝膠制備領域，具體涉及一種碳氣凝膠前驅體的連續化制備方法，可在碳氣凝膠生產中應用。

背景技術

碳氣凝膠在新型電池、環境保護、生物醫療等國家戰略性新興產業中有很好的應用潛力，尤其是作為超級活性炭的替代品，在超級電容器中表現出低電阻率、高比電容、強循環性能的優良性能。但由于制備工藝復雜、生產周期長、連續化生產難度大等原因，導致碳氣凝膠產品產業化困難。

近年來，國內對碳氣凝膠生產工藝的研究增多，已實現量產。碳氣凝膠前驅體的制備過程中，形成了特有的形狀和孔結構，有利于后續的干燥和碳活化。

目前較為成熟的生產工藝中，碳氣凝膠前驅體制備采用的是一鍋法：在反應釜中，間苯二酚與甲醛按一定比例進入油相中分散，再在一定的溫度下聚合。在實際生產過程中，由于反應釜的中間苯二酚和甲醛聚合形成聚合物（RF）的過程會大量放熱，釋放的熱量又會加快反應速度，使整個反應溫度超過預先設定溫度甚至沸騰。高溫導致聚合物（RF）中的水分迅速蒸發，由于氫鍵的作用力導致聚合物（RF）結構塌陷，多孔結構減少，造成比表面積降低。這種放熱現象會隨著物料的量、濃度的增加而更加劇烈。另外，這種不可控的生產方式不利于車間生產的安全環保。

因此，隨著碳氣凝膠需求量的增加，傳統反應釜的一鍋法無法滿足大規模生產需求，嚴重制約了碳氣凝膠的批量生產。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術存在的上述問題，而提供一種可實現精準控溫、精準控制反應時間、操作簡單、生產效率高、安全環保的連續化制備碳氣凝膠前驅體的方法。

為實現本發明的上述目的，本發明一種連續化制備碳氣凝膠前驅體的方法采用以下步驟：

（1）配制溶液：將間苯二酚加入甲醛水溶液中，攪拌溶解，得到氣凝膠前驅體水溶液；將表面活性劑與白油混合，攪拌溶解，制備成白油混合液；所述間苯二酚和甲醛的摩爾比為1：（1.5～3），所述表面活性劑占白油混合液體積量的10～60％；

在該步驟中，拌溶解溫度控制在0～30℃范圍為宜，在20～30℃范圍為佳；所述的表面活性劑為司盤80或與司盤80性質類似的其它表面活性劑，表面活性劑占白油混合液體積量的比在10～30％范圍為佳。

（2）連續乳化：將氣凝膠前驅體水溶液、白油混合液分別給入乳化泵中充分混合成懸浮液，控制氣凝膠前驅體水溶液與白油混合液的體積流量比為（1～5）:（1～2）；

在該步驟中，控制氣凝膠前驅體水溶液與白油混合液的體積流量比在（0.3～1）:1為宜，以（0.3～0.8）:1為佳。

（3）連續化反應制備：懸浮液出乳化泵直接進入管式反應器加熱使懸浮液充分反應，得到前驅體白油漿料；

在該步驟中，管式反應器加熱溫度一般控制在60～95℃范圍，反應時間控制在2～24小時，以7～20小時為佳。

（4）前驅體白油漿料經過固液分離、洗滌，得到多孔微球型碳氣凝膠前驅體。

優選的方案為：步驟（4）中，所用的洗滌使用甲醇、乙醇、二氯甲烷中的任意一種溶劑或兩種、三種的混合溶劑。