[發明專利]一種介孔碳材料的合成方法

在審

• 申請號: 202110589077.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113336223A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 崔鳳霞;李軍;段大勇;趙克品;于強;陳瑋娜;張立群
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明提供一種介孔碳材料的制備方法。將糖類物質、ZnCl₂共熔鹽按質量比為0.25～10:1:0～1的比例混合均勻，將得到的物質在150～250℃下于水熱釜中水熱處理8～36小時；將得到的物質置于氮氣氣氛中，于450～800℃下活化1～6小時，冷卻到室溫后，將得到的黑色固體物質水洗至pH為中性，在70～100℃下干燥后得到介孔碳材料。所得介孔碳的比表面積可達1800m²/g，孔容可達2.50cm³/g。該方法以生物質和共熔鹽為原料，采用離子水熱法合成介孔碳材料，條件溫和，操作步驟簡單易行，且水洗過程產生的含鹽水經濃縮后可以循環使用，生產成本低。

技術領域

本發明涉及一種離子水熱法合成介孔碳材料的方法，屬于新材料合成技術領域。

背景技術

介孔碳材料因具有大的比表面積、孔徑均勻、孔分布有序等結構優點，在催化、分離、電極材料制備等領域有著潛在的巨大的應用價值，已成為材料科學研究的熱點。現有技術中制備介孔碳材料的方法較多，主要有：催化活化法、有機溶膠-凝膠法、硬模板法和軟模板法等。

催化活化法是利用金屬及其化合物對碳氣化的催化作用來合成介孔碳。專利CN102774822利用ZnO及能分散ZnO離子的有機高分子如聚丙酰胺，在高溫碳化高分子后，用有機酸或無機酸或堿去除ZnO生成介孔，其孔徑大小同ZnO粒子尺寸完全一致。該方法制備的介孔碳，難以精確控制介孔的結構、尺寸及孔分布，并且由于催化劑為含金屬的鹽類，在最終產物中金屬殘留問題也很嚴重。

專利CN1821182A介紹了溶膠-凝膠法制備介孔碳材料的一種方法，將有機高分子和硅源引入一個表面活性劑自組裝反應體系，通過有機-有機、無機-無機、有機-無機之間的相互競爭、聚合交聯和協同組裝作用，形成高比表面、大空間的有序介孔碳材料。溶膠-凝膠法制備的介孔碳孔徑分布較寬，且需使用昂貴而復雜的超臨界干燥設備，商業化困難。

硬模板法是一種反相合成方法，通過選用一種具有特殊孔隙結構的材料作為模板，導入目標材料或前驅體并使其在該模板材料的孔隙中發生反應，反應完成后再用氫氟酸等將硬模板脫除得到反相介孔碳材料。該法利用模板材料的限域作用，達到對制備過程中的物理和化學反應進行調控的目的，多采用介孔二氧化硅為硬模板。該方法過程復雜，耗時且不經濟，而且反相合成的介孔碳材料穩定性相對較差，限制了其大規模生產和應用。

軟模板法一般選取具有兩親性的有機表面活性劑分子為模板，通過嵌段共聚物與表面活性劑之間的相互作用組裝成規整的介觀結構，然后通過高溫碳化去除模板劑得到介孔碳材料。專利CN101486459B采用間苯二酚和甲醛形成低聚的resol樹脂與三嵌段共聚物F127通過低溫水熱，在弱酸條件下形成resol樹脂/F127復合物，經老化、洗滌、干燥、碳化后形成大塊狀有序介孔碳材料。該方法制備過程簡單、容易對孔徑尺寸、孔結構等進行調控，但是所用原料成本高，且多有毒，對環境及人體造成潛在的危害。因此尋找廉價、形成低毒、簡便、快速的綠色合成方法具有十分現實的意義。

專利CN107827095A介紹了一種共熔鹽離子水熱法制備介孔碳材料的方法，將糖類物質、ZnCl₂共熔鹽、水按一定比例混合均勻，進行超聲處理，將得到的物質在水熱釜中水熱處理后，干燥，再置于氮氣氣氛中高溫活化，冷卻到室溫后，將得到的黑色固體物質水洗至PH為中性，干燥得到介孔碳材料。該法采用的原料易得，但其所制備的介孔碳材料比表面積和孔容較小，且過程中需要超聲處理，初產物需要單獨的干燥過程，水熱反應溫度和活化反應溫度較高。

針對以上各方法的不足，本發明利用低共熔鹽為溶劑、模板劑和催化劑，采用離子水熱合成法制備介孔碳材料，過程更簡單，條件更溫和，共熔鹽可回收利用，且所得介孔碳材料比表面積高、孔容大。

發明內容