[发明专利]一种基于碳酸钾循环活化的煤基多孔碳的制备方法及生物质基多孔碳的制备方法

说明书

基于碳酸钾循环活化的煤基多孔碳的制备方法及生物质基多孔碳的制备方法，涉及一种煤基多孔碳的制备方法及生物质基多孔碳的制备方法。目的是解决物理活化方法得到的多孔活性碳材料孔隙结构不发达和化学活化方法所需活化剂用量大的问题。制备：将原料依次进行破碎、研磨和筛分，然后利用球磨混合或液相浸渍将少量K₂CO₃与煤基质进行混合，得到的混合物置于气氛炉内高温活化，活化产物清洗和干燥。本发明制备方法中，碳酸钾能够催化活化气体与碳基质活化反应，强化成孔过程；且在反应过程中能够实现钾基组分的循环再生，使得在很少的K₂CO₃添加量下也能够得到孔隙发达的煤或生物质基多孔碳。本发明适用于制备多孔碳。

技术领域

本发明涉及一种煤基多孔碳的制备方法及生物质基多孔碳的制备方法。

背景技术

多孔碳由于孔隙结构可调、理化结构稳定、环境友好等优点，广泛应用于吸附、催化及电化学储能等领域。孔隙结构是多孔碳的重要参数，直接影响着其对物质与能量储存过程。其中较高的活性比表面积及孔容是提升目标物种如电解液离子或气态分子的吸附储存容量的关键；合适的孔径分布有助于目标物种的扩散迁移。因此，调控多孔碳的孔隙结构具有重要意义。

为制备出孔隙发达、性能良好的多孔碳，目前已发展的多孔碳包括微孔碳、有序介孔碳和分级孔碳等，制备方法涉及物理活化法、化学活化法、模板法、自组装方法及水热碳化法等。其中，以煤或生物质为原料，采用传统物理/化学活化法成本低廉、工艺简单，目前已实现规模化生产。

然而，传统的物理或化学活化制备煤基多孔碳过程存在以下两方面问题：(1)以CO₂或水蒸气为活化介质的物理活化方法成本较低，但制备得到的多孔碳孔隙结构不发达，多为微孔结构，比表面积通常小于1000m²/g，大大限制了其应用范围；(2)化学活化法是通过化学活化剂KOH、H₃PO₄、K₂CO₃或ZnCl₂与碳质前驱体的混合共碳化实现造孔，但为获得发达的孔隙结构，常常需要消耗大量的化学活化剂，活化剂的用量为碳质前驱体质量的3～4倍左右，因此制备成本较高；且活化产物需要消耗大量的酸和水以去除活性碳中残留的活化物质，从而增加了工艺难度及环境治理的困难。

因此，针对上述物理、化学活化工艺制备多孔活性碳材料的问题，发展新型低成本、环境友好的高性能多孔碳制备方法至关重要。

发明内容

本发明要解决传统煤基多孔碳材料制备方法中，物理活化方法得到的多孔活性碳材料孔隙结构不发达和化学活化方法所需活化剂用量大的问题，提出一种基于碳酸钾循环活化的煤基多孔碳的制备方法及生物质基多孔碳的制备方法。

本发明基于碳酸钾循环活化的煤基多孔碳的制备方法按以下步骤进行：

一、原料细化

将煤原料依次进行破碎、研磨和筛分，得到细化煤粉；

二、混合物制备

利用球磨混合或液相浸渍将细化煤粉与碳酸钾混合，得到混合物；

三、高温活化

将步骤二中的混合物置于气氛炉内，将气氛炉升温至700～1000℃并保温0.5～10h，保温结束后将气氛炉自然降至室温，得到活化产物；

四、活化产物清洗

将活化产物依次进行酸洗处理2～5次和水洗处理2～5次，得到清洗后的活化产物；

五、干燥

将清洗后的活化产物进行干燥处理，即得到煤基多孔碳。

本发明基于碳酸钾循环活化的生物质基多孔碳的制备方法按以下步骤进行：