[发明专利]高强度大尺寸块状炭气凝胶及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高强度大尺寸块状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：该方法是以间苯二酚和甲醛为原料，无水碳酸钠为催化剂，去离子水为溶剂，经溶胶-凝胶反应后，再经常压干燥和高温炭化处理获得所述高强度大尺寸块状炭气凝胶。

2.根据权利要求1所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

(1)溶液配制：将间苯二酚、甲醛水溶液、去离子水和无水碳酸钠混合均匀，获得混合液；

(2)溶胶-凝胶反应：将步骤(1)所得混合液置于15-95℃水浴中，保温1～20天后得到有机湿凝胶；

(3)常压干燥：将步骤(2)所得凝胶先进行溶剂置换再进行常压干燥后获得干凝胶，或者将步骤(2)所得凝胶直接进行常压干燥后获得干凝胶；所述常压干燥过程为：将所述凝胶放入常压干燥箱中，温度设为30～60℃，干燥2～10天，获得干凝胶；

(4)炭化处理：将步骤(3)所得干凝胶放入真空炭化炉中在惰性气氛条件下炭化，以2～10℃/min的升温速率升温至炭化终温900℃，并保温两小时；炭化处理后即得到所述高强度大尺寸块状炭气凝胶。

3.根据权利要求2所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：该方法中，所得凝胶先进行溶剂置换再进行常压干燥时，步骤(1)中的间苯二酚、甲醛水溶液、去离子水和无水碳酸钠按照(380～2700)：(450～3060)：(860～5800)：1的重量比例混合，所得混合液在溶胶-凝胶反应中的保温时间为60～200小时；所得凝胶直接进行常压干燥时，步骤(1)中的间苯二酚、甲醛水溶液、去离子水和无水碳酸钠按照(2000～2700)：(2000～3500)：(5000～7000)：1的重量比例混合，所得混合液在溶胶-凝胶反应中的保温时间为1～20天。

4.根据权利要求2所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述溶剂置换过程为：将步骤(2)所得有机湿凝胶浸泡于乙醇溶剂中，乙醇溶剂的体积为有机湿凝胶体积的5～10倍，浸泡温度为40～60℃，浸泡12小时后将乙醇倒出，并重复该步骤三次以上。

5.根据权利要求2所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶的制备方法，其特征在于：所述块状炭气凝胶的尺寸≥100mm×100mm×30mm，炭颗粒之间相互连接形成三维网络骨架结构，随着炭气凝胶密度的变化，其炭颗粒尺寸在30-800nm之间变化。

6.根据权利要求5所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶，其特征在于：所述炭气凝胶的密度为0.3-0.6g/cm³，压缩强度为8-65MPa。

7.根据权利要求5所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶，其特征在于：所述炭气凝胶的热导率为0.06-0.09W/(m·K)。

8.根据权利要求5所述的高强度大尺寸块状炭气凝胶的应用，其特征在于：该炭气凝胶应用于隔热材料、催化材料、吸附材料或电极材料。