一种分级多孔炭材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102838105A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102838105A(43)申请公布日2012.12.26(21)申请号201210333971.9(22)申请日2012.09.11(71)申请人安徽工业大学地址243000安徽省马鞍山市湖东中路59号(72)发明人何孝军赵楠凌平华王晓婷张小勇郑明东余谟鑫(74)专利代理机构马鞍山市金桥专利代理有限公司34111代理人鲁延生(51)Int.Cl.C01B31/02(2006.01)B82Y30/00(2011.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图22页(54)发明名称一种分级多孔炭材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种分级多孔炭材料的制备方法，属于炭材料制备技术领域。该方法是以廉价的煤沥青为碳源，采用纳米三氧化二铁为模板，氢氧化钾为活化剂，三者研磨后的混合物转移至刚玉坩埚中，于气氛炉内进行加热以制备电化学电容器用分级多孔炭材料，所得分级多孔炭材料比表面积介于1157~1330m2/g之间，总孔容介于0.69~1.35cm3/g之间，平均孔径介于2.39~4.05nm之间，非微孔孔容占总孔容的比例介于37.7%~65.9%之间，多孔炭产率介于32.6%~52.2%之间。采用本发明方法制得的分级多孔炭作为电化学电容器电极材料，具有很好的稳定性和优异的综合性能。CN102835ACN102838105A权利要求书1/1页1.一种分级多孔炭材料的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下：（1）煤沥青的预处理：将煤沥青研磨至粒径不大于100μm，得到预处理后的煤沥青，所述预处理后的煤沥青中：空气干燥基水分为1.13wt%，灰分为0.16wt%，挥发分为41.21wt%，固定碳为57.50wt%，软化点为110℃；（2）混合物的研磨：称取一定量的步骤（1）所得预处理后的煤沥青放入研钵中，加入一定量的粒径为20nm的三氧化二铁及6g固体氢氧化钾，所述煤沥青、三氧化二铁及氢氧化钾三者混合物的总质量为27g，所述三者混合物中的煤沥青、三氧化二铁及氢氧化钾的质量比为：煤沥青：三氧化二铁：氢氧化钾＝（0.7~1.5）：（2~2.8）：1，将所述三者混合物研磨1h后得到研磨后的混合物；（3）多孔炭的制备：把步骤（2）得到的研磨后的混合物转移至刚玉坩埚中，置于气氛炉中，采用常规加热方式，升温速率为5℃/min，加热至900℃，并恒温1h，将所到产物冷却到室温取出后放入烧杯中，向烧杯内加入210~280ml的2M稀硫酸磁力加热搅拌1h，在室温下静置48h后过滤，超声振荡30分钟后再用70~80℃的蒸馏水洗涤滤出物至滤液的PH值为6~7，将洗涤后的滤出物置于干燥箱中于110℃恒温干燥24h后研磨至325目，得到电化学电容器用分级多孔炭材料。2CN102838105A说明书1/4页一种分级多孔炭材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于炭材料制备技术领域，具体涉及一种分级多孔炭材料的制备方法。背景技术[0002]活性炭具有发达的孔隙结构和特殊的表面化学特性，是超级电容器主要的电极材料。但是，电解质离子在活性炭微孔中较慢的传输速度限制了其对微孔的有效利用。富含中孔的分级多孔炭有利于电解质离子的快速传输，受到人们的青睐。其中，介于2-50nm的中孔可以降低电解质离子在孔中的传输阻力和缩短电解质离子在孔中的传输距离，从而使分级多孔炭电极具有优异的功率特性。[0003]制备分级多孔炭的方法有模板法和化学活化法等。目前采用模板法制备多孔炭的原料多为树脂类，但是树脂的价格高且含碳量相对较低。煤沥青为煤焦油加工过程中的副产物，具有低灰和价廉的优点。我国中温煤沥青产量较大，中温沥青中含有不饱和芳香烃，在空气中氧、水、阳光、紫外线的作用下老化比石油沥青快，且中温煤沥青中含有的对人体有害成分较石油沥青多。因此，中温煤沥青在高级公路等城市建设中的应用受到了很大的限制。如果能利用中温煤沥青来生产分级多孔炭，将不仅有利于扩大中温煤沥青的用途，而且可以降低分级多孔炭的生产成本。在模板法中，主要采用硅溶胶、纳米硅胶等无机模板剂，模板剂需要氢氟酸才能去除，导致操作较复杂，污染较重。而采用粒径为20nm的三氧化二铁作为模板时，用稀硫酸就可以轻易除去。在化学活化法中，主要以氢氧化钾、碳酸钾、磷酸和氯化锌为活化剂，其中，以氢氧化钾活化效果最好。探索纳米三氧化二铁模板协同氢氧化钾活化中温煤沥青制备超级电容器用分级多孔炭材料具有环保和节约资源双重意义。[0004]专利201110283711.0公布了氧化镁模板协同氢氧化钾活化制备多孔炭材料的方法。该方法以孔径为50nm氧化镁为模板，以软化点110℃的煤沥青为碳源，氢氧化钾为活化剂。将煤沥青、氢氧化钾和纳米氧化镁干