[发明专利]一种多孔碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔碳材料的制备方法，利用煤制油残渣作为碳源，依次经氢氟酸、硝酸钾、碱金属氢氧化物等处理后，产物在惰性气体保护下高温煅烧活化，得到多孔碳材料。所得到的多孔碳材料质地轻，孔径分布集中，比表面积高达2997m²/g，并且具有良好的物理和化学性能。本发明所使用的多孔碳材料制备方法工艺简单，原料廉价易得，成本低、能耗低，适于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料的制备方法，具体涉及一种基于煤制油残渣为原料的多孔碳材料的制备方法。

背景技术

多孔碳材料因具有发达的孔隙结构和极大的比表面积，而在日常生活和工业生产中有着广泛的应用，比如：废水处理、有害气体的吸收、溶剂回收、储能材料、气体的贮藏和分离等。多孔碳的多种优良性能决定了其在各个领域都会有广泛的应用。并且近几年，随着对其在原有基础上的改性，它的应用领域也越来越广。

多孔碳材料的制备方法多种多样，常用的制备方法有，(1)活化法:活化法是制备多孔碳材料的传统方法，包括:(a)化学活化、物理活化或物理化学活化联用；(b)碳前驱体的催化活化；(c)可碳化和热解的高分子聚合物混合碳化；等。(2)模板法:模板法是利用模板来有效控制孔结构，从而制备出结构有序、孔径均一的材料的方法。包括:(a)软模板法；(b)硬模板法；等。

近期，制备多孔碳的专利方法层出不穷。专利CN1016744803A、CN102897746A公开了以聚合物高分子为原料，与氢氧化物等活化剂混合进行高温活化的多孔碳材料制备方法。该类方法的生产成本相对较高，造成了一定的资源浪费，并且得到的产物性能有待进一步提高。而且，随着现代碳材料应用领域的扩大，对多孔碳材料的需求量也越来越大。因此，如何获得大量的、廉价的并且适于生产高比表面积多孔碳的原材料，是多孔碳制备领域一个需要解决的问题。

煤炭液化是利用丰富的煤炭资源缓解石油紧张状况的重要途径，在煤炭的直接液化过程中，除了得到液体产品外，还产生占原煤总量30％左右的液化残渣，其成分复杂，具有较大的污染性和危险性，已纳入危险废物(HW11)处置管理。并且随着煤制油企业的快速发展，煤制油残渣副产量大，如果不能对其加以合理的充分回收利用，不仅会对环境造成严重污染，而且会造成资源的严重浪费，最终影响到煤制油企业的生存和发展。因此，研究用煤制油残渣作为原料制备多孔碳材料具有环境保护和经济效益双层意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点，解决煤制油过程中产生的大量含碳副产物而造成的资源浪费、环境污染等问题，从而提出的一种利用煤制油残渣制备高比表面积多孔碳材料的工艺。所制备的多孔碳材料具有高比表面积和优良的吸附性能，在满足对多孔碳材料的需求的同时，有效的避免了资源浪费和环境污染。

本发明的一个方面，提供了一种多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将煤制油残渣经水洗、干燥、粉碎，制得纳米级的煤制油残渣粉；

b.将上述得到的煤制油残渣粉与氢氟酸混合，制得的第一混合物常温浸泡后干燥，得到第一产物；

c.将第一产物与硝酸钾溶液混合，制得的第二混合物在温度40～80℃下反应1～4h后干燥，得到第二产物；

d.将第二产物与氢氧化物溶液混合，制得的第三混合物在温度40～80℃下反应1～4h后干燥，得到第三产物；

e.在惰性气体氛围中，将第三产物进行煅烧即制得多孔碳材料。

本发明还提供了一种多孔碳材料的制备方法，其中在步骤a中煤制油残渣粉尺寸为100～700nm。

本发明还提供了一种多孔碳材料的制备方法，其中在步骤b中煤制油残渣粉与氢氟酸按质量比为1：(2～4)的比例进行混合。