[發明專利]一種調控碳氣凝膠孔道取向的方法和碳氣凝膠及應用

在審

• 申請號: 202210136447.6
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114506837A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王海鷹;趙依嫻;賀穎捷;柴立元;楊志輝;劉恢;李青竹
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 袁靖

1.一種碳氣凝膠，其特征在于，內部孔道方向一致。

2.根據權利要求1所述的碳氣凝膠，其特征在于，絲狀真菌和芳香胺單體，以及氧化劑反應獲得的菌絲@聚芳香胺復合物，然后經過冷場處理、冷凍干燥，高溫碳化后獲得；所述的冷場處理，是指對材料立體形狀上的一個平整表面或者相對的兩個平整表面進行降溫處理；優選冷源直接接觸材料立體形狀上的平整表面，或者通過導熱薄片接觸平整表面；當材料立體形狀為圓柱體時，則對圓柱體的兩個底面，或者圓柱體的整個側面進行降溫處理。

3.權利要求2所述的調控碳氣凝膠孔道取向的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)絲狀菌絲、芳香胺單體、氧化劑發生聚合反應，得到菌絲@聚芳香胺復合物，并在立體模具中成型；

2)使經過模具成型的立體形狀的菌絲@聚芳香胺復合物的一個表面，或者相對的兩個表面，或者圓柱體形狀的菌絲@聚芳香胺復合物的兩個底面，或者圓柱體的整個側面均勻接觸冷源處理，或者通過導熱薄片接觸冷源處理；

3)步驟2)處理后獲得的菌絲@聚芳香胺復合物冷凍干燥脫水，得到菌絲@聚芳香胺氣凝膠；

4)將菌絲@聚芳香胺氣凝膠在惰性氣氛下高溫碳化，得到碳氣凝膠。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，

所述的步驟2)的冷源溫度為-40—-5℃，優選-25—-10℃，進一步優選-20—-15℃。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，

所述的步驟2)的冷源處理時間為5-20h，優選2-12h，進一步優選4-6h。

6.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，

所述的絲狀真菌包括棘孢曲霉、黑曲霉、黃曲霉、根曲霉、青霉中的一種或幾種；所述的芳香胺單體包括苯胺，吡咯，間苯二胺的一種或幾種；所述的氧化劑包括過硫化物，優選過硫酸鈉或過硫酸銨。

7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的芳香胺單體和干燥純菌絲的質量比為2:1-1:10，優選1:1-1：5，進一步優選1：2；

所述的氧化劑與芳香胺單體的摩爾比為1:0.5-1:3，優選1:1-1:1.5，進一步優選1：1.2。

8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟1)中獲得的菌絲@聚芳香胺復合物的分散液的濃度為5-50g/L，優選20-40g/L，進一步優選25g/L。

9.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3)所述的冷凍干燥溫度為-20℃～-90℃，優選-60℃～-90℃，進一步優選-80℃；時間為12-48h，優選12-36h，進一步優選24h；

步驟4)所述的碳化溫度為400℃-1100℃，碳化時間為1-10h，優選溫度600℃-800℃，優選時間2-4h，惰性氣氛為氮氣或者氬氣。

10.權利要求1或2所述的碳氣凝膠，或者權利要求3-9任一項的方法調控得到的碳氣凝膠的應用，其特征在于，用于制備能源電池負極或者吸附材料，進一步用于制備CDI電極材料。