专利名称：一种双峰分布多孔炭的制备方法
技术领域：
本发明属于一种多孔炭的制备方法，具体地说涉及一种双峰分布多孔炭的制备方法。
背景技术：
多孔炭由于具有高比表面积、丰富的孔隙以及耐酸碱性而广泛的应用在吸附、催化剂载体、色谱柱分离和超级电容器电极等方面。双峰分布的多孔炭可以提高吸附量，而且由于大中孔的出现而提高炭的吸附速率。通常多孔炭的制备方法主要有物理活化法、化学活化法、催化活化法和模板法。物理活化法、化学活化法和催化活化法可以通过合适的工艺条件制备出高比表面积的多孔炭，但是孔径分布较宽。模板法分有机模板法和无机模板法有机模板法是将两种热稳定性不同的有机化合物混合，只经过炭化处理制备多孔炭，这种方法制备工艺简单，但是制备的多孔炭孔径分布不很集中；无机模板法是一种调控多孔炭孔结构的有效方法，具体是将热固性酚醛树脂树脂、蔗糖和糠醇等炭前驱体引入到分子筛模板中，经过炭化、模板的脱除制备多孔炭。这种方法虽然可以控制多孔炭的孔结构，但是需要合成的分子筛模板，并且制备的多孔炭一般孔径分布单一。近来，Jiebin Pang等(Direct synthesis of unimodal and bimodal nanoporous carbon.Microporous and Mesoporous Materials.74(2004)73-78)通过加入两种模板以制备双峰分布的多孔炭。但是，此工艺需要预先合成无机模板，制备工艺复杂，产品成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、工艺简单的制备双峰分布多孔炭的方法。
本发明采用纳米粒子做为模板化合物，金属化合物做为添加剂制备双峰分布的多孔炭。其核心是模板化合物、金属化合物及炭前驱体的选择，具体说明如下。通过选择纳米粒子的粒径控制多孔炭的孔径，而金属化合物则在炭前驱体固化过程中分解，生成金属氧化物。炭化过程中金属氧化物与炭反应，生成金属炭化物或单质，在这一过程中炭的烧失产生另一孔径分布的孔。
本发明的制备方法如下将金属化合物以及纳米粒子模板化合物加入溶有炭前驱体的溶液中，炭前驱体与金属化合物、模板化合物的质量比为1∶0.01-0.5∶1-5，脱除溶剂后空气中80-400℃固化，惰性气氛下500-1200℃炭化0.1-3h，碱洗或酸洗直到检测不到模板化合物和金属元素为止，烘干后制得双峰分布的多孔炭。
如上所述的金属化合物为碱土金属化合物或过渡金属化合物。碱土金属化合物为硝酸镁，碳酸钙或碳酸镁等，过渡金属化合物为硝酸镍，硝酸钴，硝酸铁或氯化铁等。
如上所述的模板化合物为二氧化硅、氧化锌或氧化镁等纳米粒子。
如上所述的炭前驱体为酚醛树脂、沥青、聚丙烯腈或蔗糖等含碳有机化合物。
如上所述的溶有炭前驱体的溶液为溶有热固性热固性酚醛树脂树脂的乙醇溶液、溶有沥青的甲苯溶液、溶有聚丙烯腈的二甲基亚砜溶液或溶有蔗糖的水溶液等有机可溶物。
本发明与现有技术相比具有如下优点(1)制备方法简单。
(2)通过选择合适的金属化合物和相应尺寸的纳米粒子可以制备孔径分布在1-4nm和5-50nm可控的双峰分布的中孔炭。
(3)产品成本低。
具体实施例方式
实施例1将硝酸镁和纳米二氧化硅加入热固性酚醛树脂的乙醇溶液中，酚醛树脂、硝酸镁、二氧化硅的质量比为1∶0.01∶1，脱除溶剂乙醇，80℃固化，500℃下炭化0.1h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
实施例2将硝酸镍和纳米氧化锌加入沥青的甲苯溶液中，沥青、硝酸镍、氧化锌的质量比为1∶0.1∶3，脱除溶剂甲苯，200℃固化，900℃下炭化1h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
实施例3将硝酸铁和纳米氧化镁加入聚丙烯腈的二甲基亚砜溶液中，聚丙烯腈、硝酸铁、氧化镁的质量比为1∶0.5∶5，脱除溶剂二甲基亚砜，400℃固化，1200℃下炭化3h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
实施例4将硝酸钴和纳米二氧化硅加入蔗糖的水溶液中，蔗糖、硝酸钴、二氧化硅的质量比为1∶0.05∶1，脱除溶剂水，100℃固化，900℃下炭化1h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
实施例5将碳酸钙和纳米氧化镁加入热固性酚醛树脂的乙醇溶液中，酚醛树脂、碳酸钙、氧化镁的质量比为1∶0.3∶3，脱除溶剂乙醇，300℃固化，800℃下炭化1h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
实施例6将碳酸镁和纳米二氧化硅加入蔗糖的水溶液中，蔗糖、碳酸镁、二氧化硅的质量比为1∶0.05∶2，脱除溶剂水，150℃固化，900℃下炭化1.5h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
实施例7
将氯化铁和纳米二氧化硅加入蔗糖的水溶液中，蔗糖、氯化铁、二氧化硅的质量比为1∶0.2∶4，脱除溶剂水，250℃固化，1000℃下炭化1h，洗涤烘干得到产品。产品性能指标见表1。
表1 多孔炭的性能指标
权利要求
1.一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于将金属化合物以及纳米粒子模板化合物加入溶有炭前驱体的溶液中，炭前驱体与金属化合物、模板化合物的质量比为1∶0.01-0.5∶1-5，脱除溶剂后空气中80-400℃固化，惰性气氛下500-1200℃炭化0.1-3h，碱洗或酸洗直到检测不到模板化合物和金属元素为止，烘干后制得双峰分布的多孔炭。
2.如权利要求1所述的一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于所述的金属化合物为碱土金属化合物或过渡金属化合物。
3.如权利要求2所述的一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于所述的碱土金属化合物为硝酸镁，碳酸钙或碳酸镁。
4.如权利要求2所述的一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于所述的过渡金属化合物为硝酸镍，硝酸钴，硝酸铁或氯化铁等。
5.如权利要求1所述的一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于所述的模板化合物为二氧化硅、氧化锌或氧化镁纳米粒子。
6.如权利要求1所述的一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于所述的炭前驱体为酚醛树脂、沥青、聚丙烯腈或蔗糖。
7.如权利要求1所述的一种双峰分布多孔炭的制备方法，其特征在于所述的溶有炭前驱体的溶液为溶有热固性热固性酚醛树脂树脂的乙醇溶液，溶有沥青的甲苯溶液，溶有聚丙烯腈的二甲基亚砜溶液或溶有蔗糖的水溶液。
全文摘要
一种双峰分布多孔炭的制备方法是将炭前驱体与金属化合物以及纳米粒子混合，脱除溶剂后经过炭化、模板的脱除即可制备双峰分布的多孔炭。本发明的工艺简单，原料廉价易得，可操作性强，省去了制备多孔炭的活化工艺，大大降低了生产成本。
文档编号C01B31/02GK101066759SQ20071006212
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月6日 优先权日2007年6月6日
发明者刘朗, 唐志红, 宋燕, 史景利, 郭全贵 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所