一种多孔碳的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多孔碳，具体涉及一种多孔碳的制备方法。
【背景技术】
[0002]多孔碳具有大的比表面积和丰富的孔隙，是生产和生活中应用广泛的材料。随着低碳环保技术的不断发展，对多孔碳的品质提出了更高的要求。例如，多孔碳在超级电容器、金属空气电池、车内空气净化器等领域的应用。
[0003]多孔碳是碳材料经过物理或化学或者物理/化学联合的方法，利用某些气体或者化学试剂的作用在碳表面形成孔。公开号为CN 104817067A的专利公开了一种多孔碳的制备方法，改性的石墨烯均匀分散在高流动性的基材内，再将该基材与碱性金属氧化物混合，再进行碳化处理，洗涤，经过高温石墨化处理得到多孔碳。公开号为CN 104817081A的专利公开了一种以生物质柚子皮为原料，通过冷冻干燥、炭化、活化，制备具有双通道结构的三维多孔碳。公开号为CN 104795248A的专利公开了一种柳絮与氢氧化钾混合制成超级电容器用电极多孔碳材料。公开号为CN 104495788A的专利公开了一种多孔碳的制备方法，以含碳有机物为原料与ZnCl2固体粉末在干燥空气条件下充分混合，然后在惰性气体氛围下流化煅烧反应，得到多孔碳-ZnCl2复合物，盐酸去除ZnCl2，干燥，得到多孔碳。公开号为CN1646423A的专利公开了一种活性炭的制造方法、极化电极和电双层电容器，通过将碳材料和碱金属氢氧化物保持固体状态混合，将得到的混合物保持器固体状态造粒，将得到的粒状的脱水物活化处理得到活性炭。
[0004]碳的活化，尤其是采用碱活化的工艺，碱碳的混合，碱对碳的渗透浸润影响活化效果，从而影响多孔碳的品质。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种多孔碳的制备方法，其通过对碱碳预处理，来提高碱的活化效果，利用碱活化制备多孔碳的过程中，通常活化之前需要进行碱与碳的混合，碱与碳的固体颗粒混合分散，固体颗粒分散会存在不均匀，活化过程，随着碱的熔融，碱与碳分离，碱对碳的活化不完全，批次稳定性控制难;碱以金属单质游离出来，给设备和尾气回收带来安全隐患。碳颗粒放入到碱的溶液混合，增加分散均匀度的同时使溶剂的去除困难，对设备的腐蚀增加。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种多孔碳的制备方法，包括原料前处理、碳前驱体制备、碱碳预处理、活化、后处理步骤，其特征在于:碱碳预处理包括助剂辅助碱碳混合物成型和无助剂辅助碱碳混合物成型；
(1)助剂辅助碱碳混合物成型:块状碱粉碎成粉状，按照质量比0.5:1?4:1称取碱与碳前驱体粉料混合均匀，得到碱碳混合物；以去离子水作为助剂，其质量为碱碳混合物总质量的25?85%，分次加入到碱碳混合物中，同时机械混合，得到三种中间产物:即碱碳混合物湿润粉料、碱浸润碳前驱体和碱碳混合物初始成型体，初始成型体置于真空环境中，温度为?110°c热处理1?10h，得到碱碳混合物成型体。
[0007]助剂辅助碱碳混合物成型过程，加入去离子水助剂，机械混合，碱开始溶解，放出热，这些热加快了碱附着在碳颗粒表面形成湿粉料;继续加入去离子水，不再放热，溶解的碱湿润碳颗粒表面;继续加入去离子水，碱持续渗入到碳内部；当碱的渗入变得困难时，碳颗粒与碳颗粒之间相互结合作用力增加，混和扭矩逐渐增加，颗粒与颗粒形成球状，碱与碳颗粒粉末完全消失，不存在水迹，此时形成的球状混合物，保持一定的硬度，可以减少活化过程中的破碎以及碱碳分离，碱能够充分地活化碳。如图1，2，3所示。
[0008](2)无助剂辅助碱碳混合物成型:块状碱粉碎成粉状，按照质量比0.5:1?4:1称取碱与碳前驱体粉料，碱分成三份加入到碳前驱体粉料中:将第一份碱与碳前驱体粉料混合均匀，置于真空环境中，温度为70?110°C热处理2?6h得到碱碳混合物润湿粉料，温度为110?210°C热处理3?18h得到第一次碱浸润碳前驱体，碱添加量不高于碱总质量的30%;将第二份碱与第一次碱浸润碳前驱体混合均匀，置于真空环境中，温度为70?110°C热处理2?6h得到碱碳混合物润湿粉料，温度为110?210°C热处理3?18h得到第二次碱浸润碳前驱体，碱添加量不高于碱总质量的50%;将第三份碱与第二次碱浸润碳前驱体混合均匀，置于真空环境中，温度为70?110°C热处理2?6h得到碱碳混合物润湿粉料，温度为110?210°C热处理3?18h得到碱浸润碳前驱体，碱添加量不高于碱总质量的20%，压制，得到碱碳混合物成型体。如图7所示。
[0009]本发明中，所述的机械混合为搅拌成球，扭矩达到峰值时，去离子水溶液加入量为最大值，所述的机械混合为滚丸、抛丸和搓丸成球;所述的碱碳混合物成型体在惰性气体氛围，温度为110?800°C活化1?6h，纯化，得到多孔碳。
[0010]所述碱碳比根据多孔碳制备的活化工艺以及碱碳混合物成型体状态来确定。碳为制备多孔碳的活化之前的碳前驱体，包括椰壳炭化物、杏壳炭化物、稻壳炭化物、水稻秸杆炭化物、玉米秸杆炭化物、玉米芯炭化物、核桃壳炭化物、竹炭化物、木肩炭化物、石油焦、煤焦、中间相碳微球、石墨烯、活性炭、人造石墨、碳纤维，优选石墨烯。
[0011]所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸钠，优选氢氧化钾。
[0012]本发明的积极效果是通过对碱碳预处理，增加了碱与碳的混合浸润渗透，改善活化效果，有利于提高多孔碳的品质，其制备工艺简单，可以直接利用现有设备实现，物料取放简便，避免了碱在活化设备上的结块富集，减少设备腐蚀。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的实施例1的石墨烯与氢氧化钾混合粉料照片。
[0014]图2是本发明的实施例1的氢氧化钾与石墨烯混合物湿润粉料照片。
[0015]图3是本发明的实施例1的氢氧化钾与石墨烯初始成球状照片。
[0016]图4是本发明的实施例1的去离子水加入量图。
[0017]图5是本发明的实施例1的活化石墨烯的吸附曲线。
[0018]图6是本发明的实施例2的氢氧化钾与玉米芯前驱体混合物初始成球状照片。
[0019]图7是本发明的实施例3的氢氧化钾与玉米芯前驱体混合物成圆柱薄片照片。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明具体描述。所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
[0021]实施例1
称取2 lg氢氧化钾和7g石墨烯粉料，混合lh，加入3ml去离子水混合5min;加入12ml去离子水混合20min，有热产生，得到石墨烯与氢氧化钾的混合湿粉料;加入6ml去离子水，得到氢氧化钾润湿的石墨烯的混合物;加入2ml去离子水混合5mi