in，转速为200转/分钟；
[0052]3)将步骤2)所得混合物放入石英管管式炉中，通入氮气保护，700°C下碳化120min ；
[0053]4)将碳化得到的产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤多次后，100°C干燥12h。
[0054]图1为本实施例所得三维分级多孔碳材料的扫描电镜图片；图2为图1的局部放大扫描电镜图片；图3为本实施例所得三维分级多孔碳材料氮气吸脱附表征结果；图4为本实施例所得三维分级多孔碳材料的压汞表征；图5为本实施例所得三维分级多孔碳材料的循环伏安图，扫描范围为-1?0V，扫描速度为50mV/s ;图5为本实施例所得三维分级多孔碳材料用作超级电容器电极恒流充放电图，充电范围-1?0V，电流密度lA/g ;图7为本实施例所得三维分级多孔碳材料用作超级电容器电极材料时，在不同电流密度下的比电容值，测试方法为恒流充放电，电流密度为:1?40A/g。
[0055]通过扫描电镜、氮气吸脱附及压汞法分析知:此例所得活性炭材料具有三维分级多孔结构，大孔孔径约I?4.5 μ m，中孔孔径大约2.1?4nm，大部分孔为微孔0.64?
1.5nm ;平均孔径为1.87nm ;比表面积(BET法)大约1759m2/g。此材料可用作超级电容器电极材料。
[0056]实施例3
[0057]—种制备三维分级多孔活性炭材料的方法，包括如下步骤:
[0058]I)将1gKOH加入ImL水中，利用磁力搅拌30min，转速为250转/分钟，得到浓度为10g/mL的KOH/水混合物；
[0059]2)将0.5g Resol型酹醒树脂加入上述KOH/水混合物,利用磁力搅拌60min,转速为300转/分钟；
[0060]3)将步骤2)所得混合物放入石英管管式炉中，通入氩气保护，1500°C下碳化0.0lh ；
[0061]4)将碳化得到的产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤多次后，150°C干燥12h。
[0062]通过扫描电镜、氮气吸脱附及压汞法分析知:此例所得活性炭材料具有三维分级多孔结构，大孔孔径约11.2?18 μ m，中孔孔径大约17?36nm，微孔孔径0.8?2nm;平均孔径为7.5nm ；比表面积(BET法)大约2674m2/g。此材料可用作催化剂载体材料。
[0063]实施例4
[0064]一种制备三维分级多孔活性炭材料的方法，包括如下步骤:
[0065]I)将4gK0H加入8mL水中，在功率设定在100W的水浴超声器中超声20min，得到浓度为0.5g/mL的KOH水溶液；
[0066]2)将Ig可溶性淀粉加入上述KOH水溶液中，利用磁力搅拌60min，转速为300转/分钟；
[0067]3)将步骤2)所得混合物放入石英管管式炉中，通入氩气保护，80(TC下碳化Ih ；
[0068]4)将碳化得到的产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤多次后，100°C干燥12h。
[0069]通过扫描电镜、氮气吸脱附及压汞法分析知:此例所得活性炭材料具有三维分级多孔结构，大孔孔径约5.2?8.9 μ m,中孔孔径大约2?8nm,微孔约0.7?1.8nm ;平均孔径为4.5nm ；比表面积(BET法)大约2426m2/g。此材料可用作锂离子电池的负极材料。
[0070]实施例5
[0071]一种制备三维分级多孔活性炭材料的方法，包括如下步骤:
[0072]I)将4gK2C03加入2mL水中，利用机械搅拌45min，转速为400转/分钟，得到浓度为2g/mL的K2CO3/水混合物；
[0073]2)将0.5g可溶性淀粉加入上述K2CO3/混合物中，利用磁力搅拌60min，转速为500
转/分钟；
[0074]3)将步骤2)所得混合物放入石英管管式炉中，通入氦气保护，60(TC下碳化4h ；
[0075]4)将碳化得到的产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤多次后，100°C干燥24h。
[0076]通过扫描电镜、氮气吸脱附及压汞法分析知:此例所得活性炭材料具有三维分级多孔结构，大孔孔径约3?4 μ m,中孔孔径大约2?5nm,微孔孔径大约0.7?L 5nm ;平均孔径为2.5nm ;比表面积(BET法)大约2015m2/g。此材料可用于电吸附除盐。
[0077]实施例6
[0078]—种制备三维分级多孔活性炭材料的方法，包括如下步骤:
[0079]I)将3gNa0H加入ImL水中，利用机械搅拌60min，转速为500转/分钟，得到浓度为3g/mL的NaOH/水混合物；
[0080]2)将0.6g可溶性淀粉加入上述NaOH/混合物，利用磁力搅拌120min，转速为500
转/分钟；
[0081]3)将步骤2)所得混合物放入石英管管式炉中，通入氮气保护，50(TC下碳化8h ；
[0082]4)将碳化得到的产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤多次后，60°C干燥24h。
[0083]通过扫描电镜、氮气吸脱附及压汞法分析知:此例所得活性炭材料具有三维分级多孔结构，大孔孔径约5?7 μ m，中孔孔径大约2?6nm，微孔大约0.75?1.7nm ;平均孔径为2.8nm ；比表面积(BET法)大约2180m2/g。此材料可用作储氢材料。
[0084]实施例7
[0085]一种制备三维分级多孔活性炭材料的方法，包括如下步骤:
[0086]I)将1.5gNa0H和1.5gK0H加入5mL水中，利用机械搅拌25min，转速为250转/分钟，得到浓度为0.6g/mL的NaOH/KOH/水混合物；
[0087]2)将Ig可溶性淀粉加入上述NaOH/KOH/水混合物，利用磁力搅拌20min，转速为200转/分钟；
[0088]3)将步骤2)所得混合物放入石英管管式炉中，通入氦气保护，900°C下碳化1.5h ；
[0089]4)将碳化得到的产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤多次后，105°C干燥12h。
[0090]通过扫描电镜、氮气吸脱附及压汞法分析知:此例所得活性炭材料具有三维分级多孔结构，大孔孔径约6.5?8μηι,中孔孔径大约3?5.2nm,微孔大约0.83?1.9nm ;平均孔径为2.9nm ；比表面积(BET法)大约2323m2/g。此材料可用作CO2补集材料。
[0091]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【主权项】
1.一种三维分级多孔活性炭材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将可溶性化学活化剂与水混合均匀，得到化学活化剂/水的分散液或糊状混合物； 2)将可溶性大分子有机物加入步骤I)所得混合物中，并混合均匀； 3)在惰性气体的保护下，将步骤2)所得混合物加热碳化； 4)将步骤3)碳化所得产品冷却到室温后，依次使用稀盐酸和水洗涤后，干燥。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合采用自然扩散混合或外力辅助混合； 优选地，所述外力辅助混合为振荡、超声或搅拌中的I种或2种以上的组合； 优选地，所述振荡的频率为I?500次/分钟； 优选地，所述超声的功率> 50W ； 优选地，所述搅拌采用手动、机械或磁力搅拌中的I种或2种以上的组合，优选转速为I?5000转/分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性化学活化剂为有活化造孔能力的可溶于水的化学试剂中的I种或2种以上的混合物； 优选地，所述可溶性化学活化剂为 L1H、KOH、NaOH, ZnCl2, (NH4)2CO3^ Na2CO3^ K2CO3>(NH4)3PO4或(NH4)2SO4中的I种或2种以上的混合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤I)中所述化学活化剂与水的质量体积比为 0.001 ?10g/mLo
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述可溶性大分子有机物为可溶性含碳大分子有机物中的I种或2种以上的混合物，优选为可溶性淀粉、可溶性树脂、琼脂、聚乙二醇中的I种或2种以上的混合物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性化学活化剂与可溶性大分子有机物的质量比为0.1?20。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述惰性气体为高温碳化过程中不与步骤I)至步骤3)的混合物中的任一物质反应，且本身也可以在此过程中稳定存在；优选为氮气、氦气或氩气中的I种或2种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述碳化的温度为400?1500°C; 优选地，所述碳化的时间为0.01?10h。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述洗涤为多次，优选采用离心洗涤或过滤洗涤； 优选地，盐酸洗涤至离心上层液或过滤滤过液为酸性为止，水洗至离心上层液或过滤滤过液为中性为止。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述干燥采用自然干燥、加热干燥、真空干燥或冷冻干燥； 优选地，所述干燥的温度< 200°C，温度变化速率< ±5°C /min。
【专利摘要】本发明涉及三维分级多孔活性炭材料的制备方法，所述方法利用化学活化剂本身作为造孔模板剂，活化剂在所形成孔道的基础上进一步腐蚀形成微孔与中孔，最终形成同时具有大孔、中孔和微孔的三维分级多孔活性炭材料。本发明方法所制备的活性炭材料具有超大比表面积、相互联通的多孔结构、较大的孔容量和高导电性。这种材料可以广泛用作储能设备的电极材料、吸附材料、催化剂及催化剂载体、储氢材料和电吸附除盐电极材料等；本发明提供的制备三维分级多孔炭材料的方法操作简单，成本低廉，便于工业化生产。
【IPC分类】C01B31-12
【公开号】CN104709906
【申请号】CN201310693483
【发明人】刘晨明, 李明杰, 曹宏斌, 张懿
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月17日