[发明专利]模板法制备的煤基纳米多孔炭材料及其制备方法

说明书

本发明涉及煤基多孔炭材料技术领域，是一种模板法制备的煤基纳米多孔炭材料及其制备方法，该模板法制备的煤基纳米多孔炭材料，按照下述步骤得到，将所需量的煤炭粉碎处理后，得到所需煤粉；将煤粉与强氧化剂溶液均匀混合，进行液相氧化反应，得到氧化煤溶液，将氧化煤溶液洗涤至中性后烘干，得到氧化煤；将氧化煤与模板剂按比例混合均匀，得到混合物；将得到的混合物按照升温程序进行炭化处理，得到炭化样品；通过洗涤法，除去炭化样品中的模板剂，得到模板法制备的煤基纳米多孔炭材料。本发明通过使用来源广泛的煤作为炭前驱体制备得到，制备方法简单，成本低，所得的纳米材料维纳形貌可设计性强、孔结构可进行有效调控，适合宏量制备。

技术领域

本发明涉及煤基多孔炭材料技术领域，是一种模板法制备的煤基纳米多孔炭材料及其制备方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富,石油和天然气相对短缺,在探明的一次化石能源储量中,煤炭占94%,而石油和天然气仅分别占4%和2%。同时煤炭在我国能源消费结构中一直占主导地位。虽然随着我国能源消费结构的调整,新能源和可再生能源持续增长,煤炭在我国总能源消费中呈下降趋势,但其主体地位仍不可动摇。煤化工是典型的高污染，高能耗，低附加值的产业，其导致的资源浪费和环境问题尤为严重。为实现煤炭这种不可再生资源的充分有效利用，同时降低该产业对环境的破坏，研发新型高附加值煤基炭材料及制备技术成为该领域发展的必然趋势和要求。目前，煤基多孔炭材料最常用的制备方法为活化法。气体活化法并不能对材料微观形貌进行设计，且活化产物孔径分布不均，可控性差，微孔含量高，在电化学储能材料、吸附材料、催化剂载体等高科技领域的应用受到限制。

发明内容

本发明提供了一种模板法制备的煤基纳米多孔炭材料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有煤基多孔炭材料制备过程中，存在污染及浪费严重、微纳形貌不可设计、孔结构调控难度大的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种模板法制备的煤基纳米多孔炭材料，按照下述方法得到：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与强氧化剂溶液混合搅拌均匀，进行液相氧化反应，得到氧化煤溶液，将氧化煤溶液洗涤至中性后烘干，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤与乙醇溶液混合得到第一混合液，将所需量的模板剂与乙醇溶液混合得到第二混合液，再将第一混合液和第二混合液均匀混合后，得到样品混合溶液，其中，乙醇溶液的加入量分别以氧化煤和模板剂溶解为基准，样品混合溶液中，氧化煤与模板剂的质量比为1:0.1至40，模板剂为氢氧化物、纳米氧化物中的一种；第三步，将样品混合溶液在80℃至90℃条件下烘干，得到样品混合物，以氮气作为保护气，对样品混合物进行炭化处理，以5℃/min的速度程序升温，由室温升至250℃至1800℃，保温两小时后，冷却至室温，得到炭化样品；第四步，通过酸液洗涤炭化样品，除去炭化样品中的模板剂，得到模板法制备的煤基纳米多孔炭材料。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述强氧化剂溶液为浓硫酸、浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。

上述酸液为盐酸溶液、氢氟酸溶液中的一种。

上述模板剂为氢氧化铜时，酸液为盐酸溶液，在盐酸溶液中加入了双氧水溶液。

上述筛分处理时使用200目的筛分仪器。