[发明专利]一种纳米多孔碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米多孔碳材料的制备方法。这种纳米多孔碳材料的制备方法是：将聚吡咯纳米纤维和活化剂混合，微波加热反应，所得的产物提纯，得到纳米多孔碳材料。相较于传统的高温碳化法，本发明制备纳米多孔碳材料的方法原料简单、操作便捷、耗时短，更加适合纳米多孔碳材料的大量制备与生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米多孔碳材料，特别是涉及一种纳米多孔碳材料的制备方法。

背景技术

纳米多孔碳材料(nanoporous carbon)是指一类具有均匀纳米孔径分布、高比表面积、高微孔率的多孔碳材料，其在吸附、催化、储能以及污水处理方面有着广泛的应用。

现有的针对纳米多孔碳材料的制备方法主要包括前驱体合成、前驱体碳化以及活化等流程，制备过程繁琐且成本较高。现有的制备方法一般首先需要合成出具有规整纳米孔径结构的前驱体，如沸石分子筛MCM-41、二氧化硅分子筛SBA-15、胶体晶体(colloidalcrystal)、有机金属框架等；再将其在惰性气体保护的条件下经数小时高温碳化。碳化后的所得多孔碳材料还要再进行物理或化学活化，以增加其比表面积和微孔体积。

目前制备纳米多孔碳材料的方法存在步骤繁琐、消耗大、成本高的缺点，为进一步实现纳米多孔碳材料的大规模制备与应用，需要对纳米多孔碳材料的制备方法进行改善。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种简单、快速、一步式制备纳米多孔碳材料的方法。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：

一种纳米多孔碳材料的制备方法，是将聚吡咯纳米纤维和活化剂混合，微波加热反应，所得的产物提纯，得到纳米多孔碳材料。

优选的，这种纳米多孔碳材料的制备方法中，聚吡咯纳米纤维和活化剂的质量比为1：(1～5.5)；进一步优选的，聚吡咯纳米纤维和活化剂的质量比为1：(4～5.5)。

优选的，这种纳米多孔碳材料的制备方法中，聚吡咯纳米纤维的制备方法是：将吡咯单体与溶剂混合，所得吡咯单体溶液与五氧化二钒溶胶、氧化剂进行反应，得到聚吡咯纳米纤维。

优选的，聚吡咯纳米纤维的制备方法中，原料的用量比如下：吡咯单体、溶剂、五氧化二钒溶胶体积比为1：(40～80)：(0.5～5)；吡咯单体与氧化剂的用量比为1mL：(0.5～5)g；进一步优选的，吡咯单体、溶剂、五氧化二钒溶胶体积比为1：(50～70)：(0.8～2)。

优选的，聚吡咯纳米纤维的制备方法中，溶剂包括盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种；进一步优选的，溶剂为盐酸，盐酸的浓度优选为0.5mol/L～2mol/L。

优选的，聚吡咯纳米纤维的制备方法中，五氧化二钒溶胶是将偏钒酸铵与阳离子交换树脂的水分散液进行反应制得。

优选的，这种聚吡咯纳米纤维的制备方法中，五氧化二钒溶胶具体的制备方法是：将阳离子交换树脂与水混合，然后加入偏钒酸铵混合均匀，陈化，得到五氧化二钒溶胶。

优选的，五氧化二钒溶胶具体的制备方法中，阳离子交换树脂、水、偏钒酸铵的质量比为1：(10～50)：(0.05～0.2)；进一步优选的，阳离子交换树脂、水、偏钒酸铵的质量比为1：(15～35)：(0.08～0.15)。

优选的，五氧化二钒溶胶具体的制备方法中，阳离子交换树脂为Dowex 50WX8离子交换树脂。

优选的，五氧化二钒溶胶具体的制备方法中，陈化的时间为3天～20天。

优选的，这种聚吡咯纳米纤维的制备方法中，氧化剂选自过硫酸盐、氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、过氧化氢中的至少一种；进一步优选的，氧化剂为过硫酸盐；再进一步优选的，氧化剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。