[发明专利]一种钠盐耦合有机物催化活化制备活性炭气凝胶的方法

说明书

本发明属于新材料技术领域，具体公开了一种钠盐耦合有机物催化活化制备活性炭气凝胶的方法，先将有机物溶于热水中，再加入原料炭粉和钠盐，恒温搅拌均匀后，得混合样品，然后进行冷冻干燥；最后对干燥的混合样品进行高温COsubgt;2/subgt;活化，即可得到活性炭气凝胶。本发明将原料炭粉与有机物、钠盐进行聚合反应，其中，有机物水溶液发生聚合反应，产生大量的交联网络状结构，从而加强炭粉颗粒与颗粒之间连接位点；然后通过对炭粉进行高温COsubgt;2/subgt;活化处理，在钠盐的催化活化作用下，得到具有高比表面积、丰富孔径结构的活性炭气凝胶。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体公开了一种使用钠盐耦合有机物催化活化制备活性炭气凝胶的方法。

背景技术

目前，国内外常用的活性炭气凝胶吸附材料制备方法主要是水蒸气、二氧化碳的物理活化法和磷酸、氢等的化学活化法。物理活化法是利用水蒸气、二氧化碳等氧化性气体进行活化，该技术产生的废水、废气少，但是活化温度高、活化时间长，能耗高。而化学活化法是利用化学试剂，在低温下（400～800℃）通过热解方式促进活性炭造孔的一种方法。化学活化法活化温度低、反应时间短，能耗小。但是大量化学试剂的使用会产生大量的废水，造成一定的环境污染。因而开发一种低温、短时间的高效活性炭制备方法具有重大的实际需求。

催化活化法是一种新的活性炭气凝胶制备方法。该方法耦合了物理活化法和化学活化法的优势，即在原料炭中加入少量的碱金属、碱土金属以及过渡金属然后利用二氧化碳或者水蒸气等来完成活性炭的造孔、扩孔等制备过程。目前，催化活化法制备活性炭气凝胶的研究仍未成熟，高效催化活化试剂较少，因此，开发一种基于催化活化法的活性炭气凝胶吸附材料制备路线意义重大。

发明内容

本发明的一个目的在于针对传统的物理活化法和化学活化法存在能耗高、污染大等问题，开发了一种钠盐耦合有机物催化活化制备活性炭气凝胶的方法，实现了活性炭气凝胶低能耗、低污染制备，可有效改善上述问题。

本发明的另一目的在于解决以原料炭等炭粉为原料难以形成交联的大孔-介孔-微孔等气凝胶结构的问题，制备一种具有丰富大孔-介孔-微孔等孔径结构的活性炭气凝胶吸附材料，提供了一种钠盐耦合有机物催化活化制备活性炭气凝胶的方法，通过淀粉等有机物的聚合效应，可形成大分子交联网络，从而将炭粉颗粒有效的交联起来，形成活性炭气凝胶结构。该方法制备得到的活性炭气凝胶比表面积700cm²/g，且具备大孔-介孔-微孔等孔径尺寸更加丰富的多孔结构。

为达到上述目的，本发明所述的一种钠盐耦合有机物催化活化制备活性炭气凝胶的方法，包括以下步骤：

1）以重量份计，将1-10份有机物溶于热水中，再加入2-20份原料炭粉和0.01-0.5份钠盐，恒温搅拌均匀后，得混合样品，然后进行冷冻干燥；

2）对干燥后的混合原料进行高温CO₂活化，即可得活性炭气凝胶材料。

步骤1）中的有机物为淀粉、聚乙烯醇中的一种或者两种按任意比例混合的混合物。

步骤1）中的钠盐为Na₂SO₄、Na₂CO₃中的一种或两种按任意比例混合的混合物。

步骤1）中热水的温度为30-90℃，与有机物的质量比为1:5-1:10，搅拌时间为1-12小时。

步骤1）中原料炭粉为400-600目的市售普通炭粉。

步骤2）的具体操作为：采用活化炉进行高温CO₂活化。

采用活化炉对混合原料进行高温CO₂活化的过程中，活化炉设置的升温时间为45-90min，活化温度为700-850℃，活化时间为60-210min，活化气体为CO₂气体，气流量为5-60mL/min。