具有核壳结构的多孔碳复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112645324A(43)申请公布日2021.04.13(21)申请号202011518680.8(22)申请日2020.12.21(71)申请人中国烟草总公司郑州烟草研究院地址450001河南省郑州市高新技术产业开发区枫杨街2号(72)发明人王金棒贾楠艾继涛邱纪青刘亚丽汪志波郑路张仕华洪群业(74)专利代理机构郑州德勤知识产权代理有限公司41128代理人王莉(51)Int.Cl.C01B32/324(2017.01)C01B32/33(2017.01)C01B32/348(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称具有核壳结构的多孔碳复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种具有核壳结构的多孔碳复合材料，包括多孔碳颗粒和包覆所述多孔碳颗粒的无机多孔层。本发明还提供一种上述多孔碳复合材料的制备方法，包括活化处理、形成包覆层和碳化处理，其中，所述形成包覆层的步骤包括先提供一包覆溶液，该包覆溶液包括均匀混合的无机层前驱体和造孔剂，再在烟草活化颗粒的表面形成无机凝胶包覆层。在碳化处理过程中，所述无机凝胶层变成无机多孔层，同时从烟草材料中逸出的烟碱在无机多孔层形成之前被束缚，所提供的微环境促进了烟碱的碳化，有效提高了烟草基碳材料制备过程中内源氮元素的利用率和碳产品的收率。本发明还提供一种多孔碳复合材料在卷烟滤嘴、土壤改良剂、水处理吸附剂或电极中的应用。CN112645324ACN112645324A权利要求书1/2页1.一种具有核壳结构的多孔碳复合材料，其特征在于：包括多孔碳颗粒和包覆所述多孔碳颗粒的无机多孔层。2.根据权利要求1所述的多孔碳复合材料，其特征在于：所述多孔碳颗粒为梯级含氮多孔碳颗粒，粒度为20～200目。3.根据权利要求2所述的多孔碳复合材料，其特征在于：所述无机多孔层的厚度低于且等于200nm，该无机多孔层包括若干微孔，所述微孔的孔径0.3～2nm。4.根据权利要求1～3任一项所述的多孔碳复合材料，其特征在于：所述无机多孔层为二氧化硅多孔层、二氧化钛多孔层、硅铝酸盐多孔层、硅磷铝酸盐多孔层、硅铝酸盐掺杂材料多孔层或硅磷铝酸盐掺杂材料多孔层。5.一种权利要求1～4任一项所述的多孔碳复合材料的制备方法，包括：活化处理提供一活化溶液，所述活化溶液包括质量分数为1%～20%的活化剂；先将烟草颗粒原料浸渍于所述活化溶液中，再进行干燥处理，使所述烟草颗粒原料负载所述活化剂，得到烟草活化颗粒；形成包覆层提供一包覆溶液，该包覆溶液包括均匀混合的无机层前驱体和造孔剂；将所述包覆溶液滴加到所述烟草活化颗粒中，然后于30～100℃干燥，获得无机层凝胶包覆烟草颗粒，所述无机层凝胶包覆烟草颗粒包括所述烟草活化颗粒和包覆在所述烟草活化颗粒表面的无机凝胶包覆层，且所述无机凝胶包覆层由混合的无机凝胶材料和所述造孔剂组成；碳化处理对所述无机层凝胶包覆烟草颗粒进行碳化处理，制得上述具有核壳结构的多孔碳复合材料。6.根据权利要求5所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：在所述活化的步骤中，所述活化剂在所述烟草颗粒原料上的负载量为所述烟草颗粒原料质量的0.5%～20%。7.根据权利要求6所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述活化剂为KOH、ZnCl2、H3PO4或MnO2。8.根据权利要求5～7任一项所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述形成包覆层的步骤包括提供所述包覆溶液，且所述无机层前驱体的体积浓度为5%～10%；将所述包覆溶液滴加到所述烟草活化颗粒中进行等体积浸渍，然后在所述烟草活化颗粒的表面形成所述无机凝胶包覆层；然后在30℃～100℃进行干燥处理，获得所述无机层凝胶包覆烟草颗粒。9.根据权利要求8所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述无机层前驱体为硅源材料，所述包覆溶液包括SiCl4的乙醚溶液、有机硅烷的乙醇溶液或水玻璃。10.根据权利要求9所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为有机铵，所述有机胺与所述二氧化硅多孔层的摩尔比为0.5～6:1。11.根据权利要求10所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：还包括重复所述形成包覆层的步骤。12.根据权利要求5～7任一项所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳化的步骤包括将所述无机层凝胶包覆烟草颗粒转移至容器中，升温至550～900℃，并维持0.5～6h，得所述具有核壳结构的多孔碳复合材料。13.根据权利要求5～7任一项所述的多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述烟2CN112645324A权利要求书2/2页草颗粒原料的制备方法包括对烟草材料进行清洗、烘干、粉碎处理，获得烟草颗粒原料。14.一种权利要求1～4任一项所述的多