[发明专利]一种掺硫碳材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种掺硫碳材料的制备方法，其包括以下步骤：将含硫氧化物气体与碳材料在600℃‑1000℃温度下反应10min‑300min后获得掺硫碳材料；所述含硫氧化物与所述碳材料的摩尔比为0.005‑1:1。该制备方法可以一步制备掺硫碳材料，整个生产过程无含硫气体或含硫固体废弃物排放，不需要后续的纯化处理，简便、环保而且廉价。

技术领域

本发明属于材料制备领域，涉及一种掺硫碳材料的制备方法

背景技术

碳材料的表面修饰可以改善碳材料的分散性、实现功能化。例如，掺硫碳材料具有更佳的亲水性，可以稳定分散在水中；同时，掺硫碳材料比未掺杂的碳材料具有更好的导电性。

在目前的研究中，掺硫碳材料可以通过加热硫酸盐和碳材料的混合物来制得，但是该过程操作步骤较多，包括硫酸盐与碳材料的混合、烘干、煅烧、酸洗纯化、再烘干等步骤，因而生产成本较高。

因此，寻找一种便捷高效生产掺硫碳材料的制备方法，是扩大掺硫碳材料研究和应用的重要课题。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种掺硫碳材料的制备方法，该制备方法能够一步法制得掺硫碳材料。

为了达到前述的发明目的，本发明提供一种掺硫碳材料的制备方法，其包括以下步骤：

将含硫氧化物气体与碳材料在600℃-1000℃温度下反应10min-300min后获得掺硫碳材料；

所述含硫氧化物与所述碳材料的摩尔比为0.005-1:1。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述含硫氧化物包括SO₂和/或SO₃；更优选地，所述含硫氧化物在保护气中与所述碳材料反应。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述碳材料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、富勒烯、焦炭、多孔炭、活性炭、泡沫炭、炭黑和无定形碳中的一种或几种以上的组合。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述含硫氧化物气体通过以下步骤制得：

将单质硫与空气在100℃-400℃温度下反应2min-60min，得到含硫氧化物气体和氮气的混合气；

其中，所述单质硫与所述空气中氧气的摩尔比值≥1。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述含硫氧化物气体通过以下步骤制得：

在保护气中将含硫试剂置于600℃-800℃温度下加热2min-100min，得到含硫氧化物气体和保护气的混合气。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述含硫试剂包括硫酸盐和/或亚硫酸盐；更优选地，所述含硫试剂包括硫酸钠、硫酸镁、硫酸钾、硫酸铜、硫酸镍、硫酸钴、硫酸亚铁、硫酸钙、亚硫酸钠、亚硫酸镁、亚硫酸钾、亚硫酸铜、亚硫酸镍、亚硫酸钴、亚硫酸亚铁、亚硫酸钙、硫酸氢钠、硫酸氢钾、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或几种的组合。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述制备方法还包括采用尾气吸收的步骤；更优选地，采用碱性浆液作为尾气吸收剂，用于吸收掺硫反应后过量的含硫氧化物气体。

根据本说明书的一实施例，优选地，制备方法还包括回收所述尾气吸收后生成的含硫试剂，并用于制备含硫氧化物气体的步骤。采用碱性浆液作为尾气吸收剂，生成的含硫试剂可以用于制备SOx和氮气的混合气或者SOx和氩气的混合气体，整个生产过程无含硫气体或含硫固体废弃物排放，这里x＝2或3。

根据本说明书的一实施例，优选地，所述碱性浆液中含有氧化镍、氧化钴、氧化钙、氧化镁、氧化铜、氧化铁、氧化亚铁、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化钴、氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化亚铁和氢氧化钾中的一种或几种的组合。