[发明专利]一种粉末状炭气凝胶及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种粉末状炭气凝胶，其特征在于：由粒径为20～300nm的炭纳米球构筑单元交联堆叠而成，炭纳米球表面有大量微孔，其比表面积为294～2472m²/g。

2.一种根据权利要求1所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于包含以下具体步骤：

（1）聚苯乙烯-二乙烯基苯纳米球的制备：将表面活性剂加入水中，搅拌至完全溶解，加入St单体和二乙烯基苯，分散均匀后加入引发剂，加热聚合反应；醇沉，离心、洗涤、干燥后，得到聚苯乙烯-二乙烯基苯纳米球；

（2）将步骤（1）所得聚苯乙烯-二乙烯基苯纳米球加入无水四氯化碳中，搅拌溶胀；加入无水三氯化铝，搅拌加热交联反应；加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，过滤、洗涤、干燥后，得到有机气凝胶；惰气氛围下，高温炭化，得到粉末状炭气凝胶。

3.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述表面活性剂的用量为每160mL水使用0.9～18.3g表面活性剂；所用St：二乙烯基苯：引发剂：表面活性剂的质量比为4:（0.2～4）:（0.04～0.08）:（0.16～18.3）。

4.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述表面活性剂指聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、十二烷基硫酸钠和十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种；所述的引发剂指过硫酸钾或偶氮二异丁腈。

5.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂的用量为每160mL水使用18.3g表面活性剂；所述的表面活性剂指聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物；所述的引发剂指过硫酸钾。

6.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的加热聚合反应指在70～80℃反应3～24h；所述的醇沉指加入甲醇，使产物形成絮凝物并沉淀分离；所述的干燥指在50℃下干燥12～24h。

7.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所用聚苯乙烯-二乙烯基苯纳米球和无水三氯化铝的质量比为0.5:（0.7～2.8）；所用无水四氯化碳的量为每1g聚苯乙烯-二乙烯基苯纳米球使用120～200mL无水四氯化碳；所用丙酮/盐酸/水混合溶剂的量为每1g聚苯乙烯-二乙烯基苯纳米球使用120～400mL；所述的丙酮/盐酸/水混合溶剂由丙酮、盐酸和水按体积比为2020:76:666混合而成。

8.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的高温炭化具体包括以下操作：以1～10℃/min的升温速率升温至700～1100℃，炭化3～5h，再以3℃/min降温至500℃，自然冷却至室温。

9.根据权利要求2所述的粉末状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的溶胀指在室温下溶胀12h；所述的搅拌加热交联反应指在30～78℃下搅拌反应0.25～48h；所述的干燥指在120℃下干燥12～24h；所述的惰气氛围指200～500mL/min流速的氮气气氛。

10.根据权利要求1所述的粉末状炭气凝胶在制备电极材料、药物控释材料和吸附材料中的应用。