[发明专利]一种高强度炭气凝胶及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高强度炭气凝胶的制备方法，其特征在于：该方法是以酚醛树脂为原料，以六次甲基四胺为固化剂，以乙二醇和水为溶剂，经溶胶-凝胶反应后固化得到湿凝胶，再经常压干燥得到酚醛气凝胶，最后经高温炭化后得到高强度炭气凝胶。

2.根据权利要求1所述的高强度炭气凝胶的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

(1)溶液配制：将工业级酚醛树脂、乙二醇、六次甲基四胺和水按照重量比(10～100)：(10～700)：(1～15)：(1～15)混合，并搅拌10～50min，得到均匀的混合液；

(2)将步骤(1)所得混合液放入干燥箱中进行溶胶-凝胶反应，得到块状湿凝胶；

(3)在干燥箱中，将步骤(2)所得的块状湿凝胶在50～170℃进行干燥，干燥时间为3～30h，干燥完成后得到块状酚醛气凝胶；

(4)炭化处理：将步骤(3)所得酚醛气凝胶放入真空炭化炉中，在惰性气氛条件下炭化处理，炭化后即得到所述块状高强度炭气凝胶。

3.根据权利要求2所述的高强度炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述溶胶-凝胶反应的温度为20～250℃，反应时间为5～40h。

4.根据权利要求3所述的高强度炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述溶胶-凝胶反应的过程为：将步骤(1)所得混合液依次进行如下处理：在20～80℃时保温3～10h，在80～170℃时保温10～25h，在170～250℃时保温2～5h，得到湿凝胶。

5.根据权利要求2所述的高强度炭气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述炭化处理过程中，真空炭化炉按照升温速度2～10℃/min升温至炭化终温500～900℃，在500～900℃保温2～5小时。

6.根据权利要求2所述的高强度炭气凝胶的制备方法，其特征在于：通过调整步骤(1)混合液中各组分的含量来调控所制备的块状酚醛气凝胶和炭气凝胶密度，其中酚醛树脂的含量越高，块状酚醛气凝胶和炭气凝胶密度越大。

7.一种利用权利要求2所述方法制备的高强度炭气凝胶，其特征在于：所述炭气凝胶是由颗粒相互连接形成三维网络骨架结构，随着炭气凝胶密度的变化，其孔径尺寸在10～700nm范围可调。

8.根据权利要求7所述的高强度炭气凝胶，其特征在于：所述块状酚醛气凝胶的密度为0.19～0.76g/cm³，压缩强度为0.8～32.3MPa；炭化后所得炭气凝胶的密度为0.24～0.92g/cm³，压缩强度为1.7～138.1MPa。

9.根据权利要求7所述的高强度炭气凝胶的应用，其特征在于：所述炭气凝胶可应用于隔热材料、催化材料、吸附材料或电极材料等。