[发明专利]一种分级多孔炭材料的制备方法

说明书

技术领域

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

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。 

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。 

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法混合均匀后转移到刚玉坩埚中，置于微波反应器内，在氮气保护下进行一步微波加热活化，微波功率为600W，活化时间为30min，反应结束后温度降到200℃以下停止通氮气，用2M的硫酸除去氧化镁模板、水洗、过滤后，在110℃干燥后制得的多孔炭的比表面积介于439-1349m²/g之间，平均孔径介于1.95-3.36nm之间，总孔容介于0.23-0.94cm²/g之间。专利200910043229.2公布了一种储能用多孔炭材料的制备方法。该方法以平均孔径为6nm、比表面积为1100m²/g的二氧化硅为模板，中间相沥青为碳源，沥青和二氧化硅研磨混匀后放入电炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率将电炉升温至300℃后保温8 h，然后以10℃/min的升温速率将电炉升温至900℃后保温1h，最后，在氮气保护下冷却至室温；用30%的氢氟酸除去二氧化硅模板、水洗、过滤后，在100℃干燥后制得的多孔炭的比表面积为600m²/g，平均孔径为5.0nm，多孔炭的比容达220F/g。