[发明专利]一种超轻多孔碳材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超轻多孔碳材料及其制备方法，所述超轻多孔碳材料具有孔径为50～300nm的大孔结构和孔径为2～50nm的介孔结构以及孔径小于2nm的微孔结构，比表面积为2000～2500m²/g；并公开所述多孔碳材料的制备方法，本发明所述超轻多孔碳材具有三级孔道结构，提高了吸附、分离、柱填料、催化性能；并且能够负载金属，金属组份分布均匀，能够对材料性能进行有效的调控；本发明所述超轻多孔碳材料制备过程操作简单，对设备要求低，具有工业实用性和高度的普适性。

技术领域

本发明属于超轻碳材料领域，具体涉及一种超轻多孔碳材料及其制备方法。

背景技术

多孔碳材料是指具有不同孔结构的碳素材料，其孔大小从具有相当于分子大小的纳米超细微孔直到微米级细孔，即具有小于2nm的微孔、2-50nm的介孔及大于50nm的大孔结构。多孔碳材料有高比表面积、高孔隙率、良好的导电性和导热性、可调控的孔径和表面性能，在催化剂载体、超级电容器、催化剂、吸附剂和气体储存等领域有广泛应用。多孔碳材料的合成方法主要有硬模板法、软模板法等，但是这些方法往往存在成本高、合成工艺复杂或纯度偏低的问题，阻碍了多孔碳材料的更广泛应用。

在中国人口众多，稻壳、树皮和废弃的茶叶等是常用的低价值能源资源，无论是在田间焚烧或丢弃，均对环境造成污染和破坏，有效利用生物质生产活性炭的方法将会对我国的经济、环境和社会问题产生重大影响；目前，尚没有一种已知方法，能够简单快速的将低价值能源转化为超轻多孔碳材料，并且很好的负载多种不同的金属或金属氧化物，得到比表面积大、分离富集催化效果好的金属或金属氧化物负载超轻多孔碳材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种超轻多孔碳材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明是按照如下技术方案实现的：

本发明所述超轻多孔碳材料具有孔径为50～300nm的大孔结构和孔径为2～50nm的介孔结构以及孔径小于2nm的微孔结构，所述超轻多孔碳材料的比表面积为2000～2500m²/g。

进一步的，所述超轻多孔碳材料负载有金属，所述金属占所述超轻多孔碳材料的质量比为0.5％～3％，所述金属颗粒粒径为2～20nm。

进一步的，所述金属为Au、Ag、Pt、Pd中的任意一种。

本发明所述的超轻多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将柚子皮的外皮层去掉，进行冷冻干燥；

2)按照重量份计，将柚子皮100～2000份，水70000份加入到水热反应釜中，加热到160℃～200℃，反应20～30h；

3)将2)所得反应产物过滤、干燥，将干燥后的产物按照每克加入15～20ml的6～8mol/L的KOH溶液进行浸泡，浸泡时间为15～25h，然后过滤，再进行干燥。

4)将3)得到的产物在非氧化性气氛条件下焙烧，焙烧温度为700℃～900℃，焙烧时间为2～5h，将焙烧后的产物采用酸溶液浸泡20～25h，然后进行过滤并用去离子水清洗至滤液呈中性，再在60℃～70℃条件下进行干燥。

进一步的，所述步骤1)中，冷冻干燥过程包括：先将去掉外皮层的柚子皮在﹣20℃～﹣30℃、100MT条件下，保存90～150min；然后在﹣10℃～﹣20℃、100MT条件下，保存300～500min；再在﹣2℃～﹣10℃、100MT条件下，保存300～500min；最后在20℃～40℃、20MT条件下，保存200～500min。

进一步的，所述步骤4)中，酸溶液为2％～10％的盐酸溶液，并且盐酸溶液与焙烧后的产物的质量比为50:1～80∶1。

本发明所述的超轻多孔碳材料的又一制备方法，包括如下步骤：