[發(fā)明專利]一種多孔碳材料及其合成方法和一種電容器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310244840.1
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116239115A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 申國鑫;王儒洋;吳躍;齊志麗;楊會軍;張起勝;田進梅;楊英;蔚永清;馬銀劍;蘇鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司
• 主分類號: C01B32/33
• 分類號: C01B32/33;C01B32/336;C01B32/348;C01B32/05
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 白雪

本發(fā)明提供了一種多孔碳材料及其合成方法和一種電容器。該合成方法包括：步驟S1，將重選氣化細渣進行酸洗和堿洗，得到懸浮液；將懸浮液進行固液分離，收集固相樣品；重選氣化細渣中固定碳含量為50～90wt％；步驟S2，將固相樣品進行活化處理，得到多孔碳材料。本申請以重選氣化細渣為原料制備多孔碳材料，可以對氣化細渣進行資源化利用，采用氣化細渣作為原料具有良好的經(jīng)濟效益。并且，氣化細渣具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)，經(jīng)氣化爐高溫高壓反應后無揮發(fā)分，以氣化細渣為原料制備多孔碳，可以得到具有高比表面積和高產(chǎn)率的多孔碳材料。有效解決了氣化細渣難以資源化利用、附加值低的技術(shù)難題，并擴大了氣化細渣的應用范圍。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及煤化工技術(shù)領域，具體而言，涉及一種多孔碳材料及其合成方法和一種電容器。

背景技術(shù)

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，煤氣化細渣殘?zhí)己枯^高，一般在10～50％之間，企業(yè)一般進行填埋處理，既增加了處置費用、浪費了寶貴的碳源，又占用了大量的土地資源，因此，對氣化細渣的資源化利用具有廣泛的應用前景。

多孔碳由于孔隙結(jié)構(gòu)可調(diào)、理化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、環(huán)境友好等優(yōu)點，廣泛應用于吸附、催化及電化學儲能等領域。孔隙結(jié)構(gòu)是多孔碳的重要參數(shù)，直接影響著其對物質(zhì)與能量儲存過程。目前，制備多孔碳材料的原料大多是煤、石油瀝青、三聚氰胺和甲醛等非固廢原料，經(jīng)濟效益較差。

氣化細渣在氣化爐高溫高壓條件下反應后具有一定的孔隙結(jié)構(gòu)，可以用于制備多孔碳，但是，由于氣化細渣的比表面積小，孔隙不發(fā)達，現(xiàn)有技術(shù)中將氣化細渣制成多孔碳材料的方法工藝復雜，難以形成高值化產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種多孔碳材料及其合成方法和一種電容器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中氣化細渣比表面積小、孔隙不發(fā)達，難以形成高值化產(chǎn)品的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多孔碳材料的合成方法，該合成方法包括：步驟S1，將重選氣化細渣進行酸洗和堿洗，得到懸浮液；將懸浮液進行固液分離，收集固相樣品；重選氣化細渣中固定碳含量為50～90wt％；步驟S2，將固相樣品進行活化處理，得到多孔碳材料。

進一步地，合成方法還包括：在步驟S1之前，對氣化細渣進行重選，得到重選氣化細渣。

進一步地，步驟S2中，活化處理包括：在氣氛下，將固相樣品與堿金屬化合物混合，得到混合物；將混合物以第一升溫速率升溫至第一預設溫度，保溫第一預設時間，得到初步活化產(chǎn)物；將初步活化產(chǎn)物以第二升溫速率升溫至第二預設溫度，保溫第二預設時間，得到多孔碳材料；優(yōu)選地，活化處理在管式爐中進行；優(yōu)選地，氣氛包括氮氣、二氧化碳或水蒸氣的一種或多種；優(yōu)選氣氛的流量為300～1000mL/min；優(yōu)選堿金屬化合物為氫氧化鉀；優(yōu)選固相樣品與堿金屬化合物的質(zhì)量比為1:(2～6)。

進一步地，第一升溫速率和第二升溫速率獨立地為3～10℃/min，優(yōu)選第一預設溫度為300～500℃，優(yōu)選第一預設時間為2～6h；優(yōu)選第二預設溫度為700～900℃，優(yōu)選第二預設時間為2～6h。

進一步地，步驟S1中采用先酸洗后堿洗的形式，其具體包括如下步驟：步驟A，將重選氣化細渣與酸溶液混合并進行酸洗，得到第一懸浮液；步驟B，將第一懸浮液進行第一固液分離，收集第一固相樣品；步驟C，將第一固相樣品與堿溶液混合并進行堿洗，得到懸浮液；步驟D，將第二懸浮液進行第二固液分離，收集固相樣品；或者，步驟S1中采用先堿洗后酸洗的形式，其具體包括如下步驟：步驟A’，將重選氣化細渣與堿溶液混合并進行堿洗，得到第一懸浮液；步驟B’，將第一懸浮液進行第一固液分離，收集第一固相樣品；步驟C’，將第一固相樣品與酸溶液混合并進行酸洗，得到懸浮液；步驟D’，將第二懸浮液進行第二固液分離，收集固相樣品。

進一步地，酸溶液為鹽酸溶液、硝酸溶液或硫酸溶液中的一種或多種；優(yōu)選地，堿溶液為氫氧化鈉水溶液和/或氫氧化鉀水溶液。