[发明专利]一种超高比表面积多孔炭材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超高比表面积多孔炭材料及其制备方法，属于新材料技术领域，解决了现有方法在制备多孔炭材料过程中使用大量的、高温时具有很强的腐蚀性氢氧化物，导致产生挥发性的盐及易燃的气态碱金属，从而对设备和操作过程要求高的问题。本发明的制备材料包括：炭质原料、有机醇、钾盐或钠盐。本发明的制备方法包括：步骤1、对炭质原料进行预炭化处理；步骤2、利用含钾或含钠的醇溶液在超临界条件下处理炭质原料；步骤3、将超临界处理后的炭质原料进行高温热处理，然后清洗、干燥，得到超高比表面积多孔炭材料。本发明实现了在少量钾或钠金属盐存在的条件下制备出超高比表面积(3200m²/g)多孔炭材料。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种超高比表面积多孔炭材料及其制备方法。

背景技术

活性炭是目前应用最为广泛，性价比最高的多孔吸附材料，其独特的吸附性能与其较高的比表面积、微孔结构以及表面化学活性等关键参数密切相关。活性炭的吸附特性使其适用于液相或气相中的纯化、脱色、除味、除氯和分离，应用范围涉及食品、制药、化学工业、石油石化、核工业、汽车工业等领域中含污染的液态或气态排放物的处理。

一般的炭质原料都可以用来制备活性炭，制备流程包括炭化与活化两个过程，炭化过程主要通过热过程从前体材料中去除非碳元素，活化过程主要通过外界干预过程发展孔隙结构，其一活化策略为在高温下通过氧化性气体(空气，二氧化碳，水蒸气)对碳结构进行刻蚀，其二活化策略为采用化学试剂分子(磷酸，氢氧化钾，氯化锌)浸渍渗透处理。目前广泛应用的活性炭的比表面积在500～2000m²/g，孔容积值的范围为0.7～1.8cm³/g。

采用通常的活化方法可以实现1000m²/g左右的BET比表面积，但要制备出BET比表面积大于2500m²/g的超级孔隙结构，在关键技术上还存在很多难题。

氢氧化物活化的得到的材料比表面积大，各方面性能相对优异。氢氧化物活化过程的机理为热处理过程生成的钠或钾对碳结构中的层状结构进行插层从而生成内部孔隙。氢氧化物活化过程的最大优势在于可以制备具有高比表面的超级活性碳材料。但是氢氧化物在高温时具有很强的腐蚀性，同时高温过程会产生挥发性的盐及易燃的气态碱金属，这些对设备和操作过程提出了很高的要求。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种超高比表面积多孔炭材料及其制备方法，用以解决现有方法在制备多孔炭材料过程中大量使用高温时具有很强的腐蚀性氢氧化物，导致产生挥发性的盐及易燃的气态碱金属，从而对设备和操作过程具有很高要求的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种超高比表面积多孔炭材料，超高比表面积多孔炭材料的制备材料包括炭质原料、有机醇、钾盐或钠盐；

钠盐或钾盐的质量为炭质原料质量的0.2.～1.0倍；

超高比表面积多孔炭材料的比表面积3200m²/g。

进一步地，炭质原料包括生物质、煤炭、石油焦、PVC沥青、糠醇树脂、酚醛树脂和炭黑中的一种；有机醇为甲醇、乙醇、异丙醇和正丁醇中的一种；

钾盐为甲醇钾、乙醇钾、异丙醇钾、正丁醇钾、叔丁醇钾和乙酰丙酮钾中的一种；钠盐为甲醇钠、乙醇钠、异丙醇钠、正丁醇钠、叔丁醇钠和乙酰丙酮钠中的一种。

另一方面，本发明还提供了一种超高比表面积多孔炭材料的制备方法，用于制备上述的超高比表面积多孔炭材料，该制备方法包括以下步骤：

步骤1、对炭质原料进行预炭化处理；

步骤2、利用含钾盐或含钠盐的醇溶液在超临界条件下处理炭质原料；