专利名称：竹炭/炭气凝胶复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高比表面积材料及其制备方法，特别涉及一种竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法。
背景技术：
自国家禁止砍伐林木起，环境友好型、资源节约型竹产业得到了极大的发展。与之相关的竹炭也便因其所具有的资源可再生、优异的吸附性能、释放负氧离子、辐射远红外、 电磁屏蔽等功能，受到了众多研究者的青睐。竹炭作为吸附材料的研究主要集中于两点一方面，提高其比表面积，如碱活化、 水蒸气活化等；另一方面，将其负载光触媒材料使之具有光降解作用，如负载TW2和加0。炭气凝胶是一种非晶、固态、轻质，多孔、新型纳米炭材料，其孔隙率高达80 99%，网络胶体颗粒尺寸3 20nm，比表面积可达1000m2/g，电导率可达10 40S/cm。在申请号为02130067. 4《一种高比电容电极材料的制备方法》一文中，发明人利用比表面积为3000m2/g以上的活性炭和炭气凝胶混合、球磨，之后加入粘结剂，于5 IOMI5a下成型， 制备出了具有高比电容的双电层电容器电极材料。但其发明思路在于，发明人主要利用炭气凝胶的高导电性，将炭气凝胶作为添加剂，用于增加活性炭颗粒之间的导电性，降低电极的内部阻抗，同时也利用炭气凝胶具有一定的比表面积，它的加入在增加导电性的同时对复合材料比表面积的损失较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种竹炭/炭气凝胶复合材料及其制备方法，其克服了现有竹炭比表面积相对较低的问题，从而制备出一种拥有高比表面积的竹炭复合材料。为了解决上述技术问题，本发明提供一种竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法， 依次包括以下步骤1)、将间苯二酚和甲醛以1 2. 5 3. 5的摩尔比混合，溶于水中，搅拌，得到混合液A ；所述间苯二酚与水的摩尔比为1 4. 5 5. 5;2)、将竹炭加入混合液A中，密封；先于室温下静置3 5d，然后于70 80°C下静置3 5d，过滤，得混合物B ；所述竹炭是混合液A总重的35 45% ；3)、将混合物B先放入质量浓度为0. 4 0. 6%的三氟乙酸溶液中于室温下浸泡 1 2d，取出后再放入丙酮中浸泡3 5d，在所述丙酮浸泡过程中，每天更换丙酮；最后于室温下自然干燥1 3d，得干燥后混合物；4)、将干燥后混合物置于氮气气氛炉中，于800 1000°C保温1 3h后，得竹炭/ 炭气凝胶复合材料。作为本发明的竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法的改进在步骤1)和步骤2) 之间增加以下步骤将竹炭放入摩尔浓度为6 7mol/L的碳酸钠溶液中，浸泡1 3d。艮口，将上述浸泡后的竹炭加入混合液A中，进行密封。作为本发明的竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法的进一步改进在步骤幻和步骤4)之间增加以下步骤将步骤幻所得的干燥后混合物与KOH混合，KOH与竹炭的质量比 4. 5 5. 5 1。即，将该与KOH混合后的干燥后混合物置于氮气气氛炉中。作为本发明的竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法的进一步改进竹炭为颗粒粒径为10 20目的竹炭。本发明还同时提供了利用上述方法制备而得的竹炭/炭气凝胶复合材料。在本发明中，碳酸钠溶液起到催化剂的作用，浸泡只要能保证浸泡液没过被浸物即可。室温是指5 30°C。步骤1)中，间苯二酚、甲醛和水的最佳摩尔比为1 3 5。竹炭是混合液A总重的40%为最佳比重。在本发明中，没有详细告知温度的，均指在室温下进行。本发明是发明人在长期研究炭气凝胶与竹炭复合的基础上，经过反复探索工艺过程而获得的。其优点在于前期使催化剂通过浸渍法在竹炭里引入，从而使得有机气凝胶于竹炭的微米级孔道里原位生成，并通过后期的有机气凝胶炭化与竹炭碱活化一步高温处理，得到了高比表面积的复合材料。本发明在传统制备有机气凝胶的基础上，首先通过竹炭负载催化剂，达到原位合成竹炭/有机气凝胶，并且在炭化过程中加入碱活化，使得有机气凝胶在炭化的过程中，竹炭也得到了活化。炭气凝胶可很好的附着于竹炭大孔径内，制备出竹炭/炭气凝胶复合材料，有效提高了竹炭的比表面积。采用本发明方法制备而得的复合材料，经检测其比表面积达到2200 2700m2/ go优于申请号为20101(^97043. 2《一种竹炭基活性炭纤维的制备方法》一文中所制备其比表面积为640 1280m2/g的材料；也大大优于申请号为201010190411. 3《一种吸附分解剂及其制备方法》一文中所制备的竹炭复合材料，其比表面积为800 900m2/g。采用本发明所生产的复合材料，可广泛应用于空气净化、污水处理、有毒废水处理、化工催化剂载体、汽车尾气净化、制糖制酒、食品精制等行业。综上所述，在提高竹炭比表面积上，本发明创新性地提出了负载炭气凝胶，对竹炭孔道进行重整，将竹炭的微米级大孔用网状气凝胶填充为中孔与微孔，使之比表面更高。
具体实施例方式在以下中，没有详细告知温度的，均指在室温下进行。实施例1、一种竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，依次包括以下步骤1)、将间苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩尔比混合后搅拌，得到混合液A ；2)、将竹炭放入摩尔浓度为6mol/L的碳酸钠溶液中，浸泡Id ；竹炭的颗粒粒径为 10 20目，竹炭是混合液A总重的40% ；3)、将步骤幻浸泡所得的竹炭加入步骤1)所得的混合液A中，密封；先于室温下静置3d，然后于70°C下静置3d，过滤，得混合物B;；4)、将混合物B先放入质量浓度为0. 5%的三氟乙酸溶液中于室温下浸泡ld，取出后再放入丙酮浸泡3d，在丙酮浸泡过程中，每天更换一次丙酮；最后于室温下自然干燥ld，得干燥后混合物；
5)、将步骤4)所得的干燥后混合物与KOH混合，KOH与步骤2)中的竹炭的质量比 5:1;6)、将步骤幻所得的混合物置于氮气气氛炉中，于800°C保温Ih后，得竹炭/炭气凝胶复合材料。该竹炭/炭气凝胶复合材料其比表面积达到2240m2/g。实施例2、一种竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，依次包括以下步骤1)、将间苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩尔比混合后搅拌，得到混合液A ；2)、将竹炭放入摩尔浓度为7mol/L的碳酸钠溶液中，浸泡3d ；竹炭颗粒粒径为 10 20目，竹炭是混合液A总重的40% ；3)、将步骤2、浸泡所得的竹炭加入步骤1)所得的混合液A中，密封；先于室温下静置5d，然后于80°C下静置5d，过滤，得混合物B ；4)、将混合物B先放入质量浓度为0. 5%的三氟乙酸溶液中于室温下浸泡2d，取出后再放入丙酮浸泡5d，在丙酮浸泡过程中，每天更换一次丙酮；最后于室温下自然干燥3d，得干燥后混合物；5)、将步骤4)所得的干燥后混合物与KOH混合，KOH与步骤2)中的竹炭的质量比 5:1;6)、将步骤5)所得的混合物置于氮气气氛炉中，于900°C保温池后，得竹炭/炭气凝胶复合材料。竹炭/炭气凝胶复合材料其比表面积达到^00m2/g。实施例3、一种竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，依次包括以下步骤1)、将间苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩尔比混合后搅拌，得到混合液A ；2)、将竹炭放入摩尔浓度为6mol/L的碳酸钠溶液中，浸泡2d ；竹炭颗粒粒径为 10 20目，竹炭是混合液A总重的40% ；3)、将步骤幻浸泡所得的竹炭加入步骤1)所得的混合液A中，密封；先于室温下静置4d，然后于70°C下静置4d，过滤，得混合物B ；4)、将混合物B先放入质量浓度为0. 6%的三氟乙酸溶液中于室温下浸泡2d，取出后再放入丙酮浸泡4d，在丙酮浸泡过程中，每天更换一次丙酮；最后于室温下自然干燥2d，得干燥后混合物；5)、将步骤4)所得的干燥后混合物与KOH混合，KOH与步骤2)中的竹炭的质量比 5:1;6)、将步骤5)所得的混合物置于氮气气氛炉中，于1000°C保温池后，得竹炭/炭气凝胶复合材料。竹炭/炭气凝胶复合材料其比表面积达到2700m2/g。实施例4、一种竹炭/炭气凝胶复合材料及其制备方法，依次包括以下步骤1)、将间苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩尔比混合后搅拌，得到混合液A ；2)、将竹炭放入摩尔浓度为6. 5mol/L的碳酸钠溶液中，浸泡3d ；竹炭颗粒粒径为 10 20目，竹炭是混合液A总重的40% ；3)、将步骤2、浸泡所得的竹炭加入步骤1)所得的混合液A中，密封；先于室温下静置5d，然后于80°C下静置3d，过滤，得混合物B ；
4)、将混合物B先放入质量浓度为0. 6%的三氟乙酸溶液中于室温下浸泡ld，取出后再放入丙酮浸泡3d，在丙酮浸泡过程中，每天更换一次丙酮；最后于室温下自然干燥3d，得干燥后混合物；5)、将步骤4)所得的干燥后混合物与KOH混合，KOH与步骤2)中的竹炭的质量比 5:1;6)、将步骤幻所得的混合物置于氮气气氛炉中，于900°C保温Ih后，得竹炭/炭气凝胶复合材料。竹炭/炭气凝胶复合材料其比表面积达到2560m2/g。对比例1、取消步骤幻的碳酸钠溶液浸渍步骤，即，将竹炭直接加入步骤1)所得的混合液A中进行密封；其余同实施例1。最终所得的竹炭/炭气凝胶复合材料的比表面积达到1500m2/g。对比例2、取消步骤5)的与KOH混合，S卩，将步骤4)所得的干燥后混合物直接置于氮气气氛炉中进行保温；其余同实施例1。最终所得的竹炭/炭气凝胶复合材料的比表面积达到1850m2/g。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤1)、将间苯二酚和甲醛以1 2.5 3.5的摩尔比混合，溶于水中，搅拌，得到混合液A; 所述间苯二酚与水的摩尔比为1 4. 5 5. 5 ；2)、将竹炭加入混合液A中，密封；先于室温下静置3 5d，然后于70 80°C下静置 3 5d，过滤，得混合物B ；所述竹炭是混合液A总重的35 45% ；3)、将混合物B先放入质量浓度为0.4 0. 6%的三氟乙酸溶液中于室温下浸泡1 2d，取出后再放入丙酮中浸泡3 5d，在所述丙酮浸泡过程中，每天更换丙酮；最后于室温下自然干燥1 3d，得干燥后混合物；4)、将干燥后混合物置于氮气气氛炉中，于800 1000°C保温1 汕后，得竹炭/炭气凝胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于在所述步骤1)和步骤2、之间增加以下步骤将竹炭放入摩尔浓度为6 7mol/L的碳酸钠溶液中，浸泡1 3d。
3.根据权利要求2所述的竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于在所述步骤幻和步骤4)之间增加以下步骤将步骤3)所得的干燥后混合物与KOH混合，所述KOH与竹炭的质量比4. 5 5. 5 1。
4.根据权利要求1、2或3所述的竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于 所述竹炭为颗粒粒径为10 20目的竹炭。
5.利用如权利要求1 4中任意一种方法制备而得的竹炭/炭气凝胶复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种竹炭/炭气凝胶复合材料的制备方法，依次包括以下步骤1)将间苯二酚和甲醛混合，溶于水中，搅拌，得到混合液A；2)将竹炭加入混合液A中，密封；先于室温下静置，然后于70～80℃下静置，过滤，得混合物B；3)将混合物B先放入质量浓度为0.4～0.6％的三氟乙酸溶液中浸泡，取出后再放入丙酮中浸泡，需每天更换丙酮；最后于室温下自然干燥；4)将干燥后混合物置于氮气气氛炉中，于800～1000℃保温1～3h后，得竹炭/炭气凝胶复合材料。该复合材料，可广泛应用于空气净化、污水处理、有毒废水处理、化工催化剂载体、汽车尾气净化、制糖制酒、食品精制等行业。
文档编号B01J13/00GK102430369SQ201110274169
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者孙赛, 李文彦, 杨辉, 樊先平, 涂志龙, 郭兴忠 申请人:浙江大学