[发明专利]一种多孔炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种多孔炭的制备方法。

背景技术

研究结构可控的多孔碳材料在气体分离和提纯，催化，电化学能量储存等方面就有重要意义。制备结构可控的多孔碳有多种方法：利用化学活化法，能有效控制比表面积和孔的形态，但是这种方法对于得到微孔和介孔材料有一定的局限性；模板法常用于合成介孔碳材料，如二氧化硅硬模板法，但是该方法需要去除增加的模板，制备周期长，过程繁琐，相对于硬膜板法，三嵌段共聚物常用于软模板法合成介孔碳材料，但是这种方法也需要去除三嵌段共聚物模板，并且三嵌段共聚物比较有限。

CN102712545A公开了《多孔碳制品及其生产方法》，该方法中披露，用于生产多孔碳制品的方法，包括以下步骤：

(a) 由无机基质材料生产一种一体式的模板，该模板具有多个彼此相连的孔，

(b) 在形成一种由该基质材料包围的含碳生坯骨架的同时，用碳氢化合物或者含碳的前驱物渗透该模板的孔，并且

(c) 煅烧该生坯骨架，形成该多孔碳制品，

其特征在于，生产该模板包括一个灰料沉积过程，其中向一个反应区域中加入该基质材料的一种可水解的或可氧化的起始化合物，在其中通过水解或热解被转化成基质材料颗粒，使这些基质材料颗粒结块或者聚结并且成型为模板。

   上述的方法采用模板法制得炭材料，其缺陷是，制备过程中采用的二氧化硅模板剂需要去除，一般用氢氟酸将二氧化硅腐蚀掉，过程繁琐、成本高、有容器腐蚀问题、有污染。

CN102897746披露了《制备多孔碳材料的方法及用该方法制备的多孔碳材料》，制备多孔碳材料的方法，其特征在于： 包括如下步骤：

步骤一：提供多孔有机骨架材料聚四苯甲烷；

步骤二：将所述聚四苯甲烷与选自KOH、NaOH 或CsOH 的氢氧化物混合，其中聚四苯甲烷和所述氢氧化物的质量比为1:2—1:7 ；

步骤三：将步骤二获得的混合物从室温缓慢程序升温到活化温度，所述活化温度至少为400℃ ；

步骤四：在氮气保护下，将所述混合物的温度控制在所述活化温度，活化至少30 分钟后，得多孔碳材料；

步骤五：将步骤四获得的所述多孔碳材料冷却、去除无机物杂质后，水洗至中性。

上述方法缺陷是，制备过程中需要使用的活化剂氢氧化钾或氢氧化钠是强腐蚀性物质，对制备过程使用的设备要求严格，而且有污染。

鉴于以上早期工作的缺陷，需要发明一种制备过程简单、易于操作、无污染、成本低、炭材料结构和形态可控的多孔炭制备方法。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种易于操作、结构和形态可控的多孔炭制备方法。本发明选用常用的聚羧酸或酸酐和二元胺作为反应物，金属盐溶液中制备含炭的网状前聚物，然后热解聚合成含炭的网状中间产物，去除滤渣，得到孔结构和形态可控的多孔炭。该方法简单，无模板剂，易于操作，结构和形态可控。

本发明的多孔炭是通过下述的技术方案来解决以上的技术问题的:

本发明的多孔炭的制备方法包括下述的步骤：

以聚羧酸和二元胺或以酸酐和二元胺作为反应物，在金属盐溶液中反应形成三维网状预聚物，然后进行热解，得到多孔炭。

上述的热解步骤具体为：

将反应得到的三维网状预聚合物加热，通入氩气，控制其热解温度在650-950℃之间，热解2-4个小时，降温冷却至常温后用酸处理，然后用去离子水洗，最后在110-130℃下真空干燥8-12小时，得到相应的多孔炭。

当上述的反应物为1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）、乙二胺（ED）时，多孔炭的制备方法如下：

（1）将1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）溶解于甲醇溶液中，将乙二胺（ED）溶解于另一份甲醇溶液中；再将上述的两种溶液相混合，搅拌，将得到的不溶物过滤，并加入到含有六水硝酸锌甲醇溶液中，室温搅拌，直到甲醇挥发得到含炭的网状物P-BTCA/ED/Zn；

（2）将步骤（1）中得到的含炭的网状预聚合物P-BTCA/ED/Zn加热，以25-35mL/min的速度通入氩气，以每分钟4-6℃的速度升温，热解温度为650-750℃，热解2.5-3.5个小时，降温冷却至常温后用1摩尔的酸处理，然后采用去离子水洗至pH6.9-7.1，最后在115-125℃下真空干燥8-12小时，得到C-BTCA/ED。

优选的，上述的多孔炭的制备方法，包括下述的步骤：