[发明专利]一种含硫氮活性炭的制备方法

说明书

一种含硫氮活性炭的制备方法是将胺类，醛类加入反应器中，用碱溶液调节pH值在8‑9之间，搅拌下升温至50℃‑59℃，恒温10‑30min，将溶于无水乙醇的酚类加入上述溶液中回流1‑3h，降温至室温，真空干燥除去剩余的乙醇，然后固化；在惰性气氛中，炭化，按照炭化样品与碱质量比为1:1‑6，在惰性气氛保护下以3‑5℃/min的升温速率由室温升至600‑850℃下活化1‑3h，自然冷却至室温后，去离子水洗至中性，干燥后得含硫氮活性炭。本发明具有高比表面积、表面和体相中同时含有氮、硫的优点。

技术领域

本发明属于一种制备硫氮共掺杂活性炭的方法。

背景技术

活性炭作为一种炭质多孔材料, 因其具有较大的比表面积、发达的孔结构、表面化学性质可调等优点而广泛应用于吸附、催化、环保等多种领域。活性炭中的杂原子，如氧、硫、氮等可以提高其对气体的吸附以及电化学性能。调整活性炭中的杂原子可以采用后处理的方法，Mangun等人通过用氨气活化得到表面富含碱性胺基的活性炭纤维，对CO2的吸附性能提高（Carbon, 2001, 39, 1809-1820）。另一种方法是使用含有杂原子的前驱体，金小娟等（专利CN102360959A）利用富含氮元素的脲醛树脂作原料，将原料在惰性气氛下碳化后与氢氧化钾共混后炭化、活化制备富含氮元素的活性炭。刘勇军等（专利CN105289686A）：将炭粉、粘结剂和杂原子前驱物放入捏合机中捏合至充分混合均匀、挤压成型、烘干，高温活化后制得了含硫、氮的活性炭。上述这些方法都会影响活性炭的孔结构，或只在活性炭表面增加杂原子，而活性炭体相中不含有后处理时所用杂原子，杂原子易流失。

苯并噁嗪作为一种新型的热固性、高性能的含氮树脂，相较传统的酚醛树脂或氨基树脂，有着诸多优点。以苯并噁嗪树脂为前驱体制备含氮活性炭已有报道，专利CN102225996B，以酚、醛、胺为原料，水为溶剂制备了苯并噁嗪树脂，再炭化活化后得到了含氮的活性炭微球。专利CN105273188A提供一种共聚苯并噁嗪树脂基炭球的自催化制备方法，该方法将得到的共聚苯并噁嗪树脂高分子球进行煅烧后得到相应的炭球。专利CN104925781B，CN104310396B以F127等为软模板剂制备了含氮的多级孔活性炭用来吸附CO₂或作为电极材料。以上这些方法制备的炭材料中只含有氮。而活性炭中硫元素也会提高活性炭的物理化学性质（Carbon,2014,68,1-32）。同时含有氮、硫活性炭的制备方法经检索未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高比表面积、表面和体相中同时含有氮、硫活性炭的制备方法。

本发明的制备方法包括如下步骤：

（1）将胺类，醛类加入反应器中，用0.1M-0.9M的氢氧化钾或氢氧化钠溶液调节pH值在8-9之间，搅拌下升温至50℃-59℃，恒温10-30min，将溶于乙醇的酚类加入上述溶液中，搅拌下回流1-3h，降温至室温， 30℃-60℃下真空干燥除去剩余的乙醇，然后在110℃-240℃下固化3-6h；

（2）在惰性气氛中，将步骤（1）固化后样品以1-5℃/min的升温速率升至600℃-800℃下，恒温炭化1-3h，自然降温，按照炭化样品与氢氧化钾或氢氧化钠质量比为1:1-6，将炭化样品与氢氧化钾或氢氧化钠固体在惰性气氛保护下以3-5℃/min的升温速率由室温升至600-850℃下活化1-3h，自然冷却至室温后，去离子水洗至中性，干燥后得含硫氮活性炭。

如上所述所用胺类为硫脲、尿素；醛类为甲醛、多聚甲醛；酚类为双酚S、硫代双苯酚、苯硫酚等含硫酚类中的一种或者多种混合。

如上所述酚类：胺类：醛类：无水乙醇摩尔比为1:1-2：1-6:10-20。

本发明的优点如下：