一种多孔材料及其制备方法与应用与流程

本公开涉及材料，具体涉及一种多孔材料及其制备方法与用途。

背景技术：

1、介孔碳材料具有高比表面积、高孔隙率以及孔径尺寸可调等特点，随着人们对其认知的逐渐深入，介孔碳材料在多个领域中得到了广泛的利用，例如，可以将介孔碳材料用作催化剂、催化剂载体或吸附剂等。

2、目前用于合成介孔碳材料的方法主要有硬模板法和软模板法。硬模板法通过采用具有介孔结构的氧化硅材料(例如，sba-15)作为模板剂，将碳源前驱体引入其介孔中，然后经高温碳化后，用氢氟酸或氢氧化钠溶液脱除硅模板，即可制得介孔碳材料，该种方法的制备流程相对复杂，而且制备过程中要用到酸洗或碱洗，会产生一定量的废液。

3、软模板法通过利用嵌段聚合物与碳源前驱体(例如，酚醛树脂等)诱导自组装，然后再经高温热缩聚和碳化，即可制得介孔碳材料，该种方法需要用到有机模板剂，原材料成本相对较高。

4、因此，亟需一种制备流程简单且低成本的多孔材料制备方法。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种多孔材料及其制备方法与用途。

2、为了实现上述目的，本公开提供一种多孔材料，该多孔材料包括氧化铝内核，以及分布在所述氧化铝内核的外表面及孔道内壁上的多孔碳层，以所述多孔材料的总重量为基准，所述氧化铝内核的含量为10～40重量％，优选为20～30重量％；所述多孔碳层的含量为60～90重量％，优选为70～80重量％。

3、可选地，所述多孔材料的比表面积为150～1200m2/g，孔容为0.5～1.3cm3/g，平均孔径为3～30nm。

4、可选地，所述多孔碳层中含有碳元素、氧元素、氢元素、硫元素和氮元素，以所述多孔碳层的总重量为基准，以元素计，所述碳元素的含量为83～95重量％，优选为85～91重量％；所述氧元素的含量为2～6重量％，优选为3～5重量％；所述氢元素的含量为0.1～1重量％，优选为0.5～0.8重量％；所述硫元素的含量为1～8重量％，优选为2～6重量％；所述氮元素的含量为0.5～3重量％，优选为1～2重量％。

5、可选地，所述氧化铝内核中含有改性元素，所述改性元素选自ⅲa、ⅳa、ⅴa、ⅱa、ⅱb、ⅲb或ⅳb族元素中的至少一种；

6、以所述氧化铝内核的总重量为基准，以元素计，所述改性元素的含量为0.1～10重量％。

7、可选地，所述改性元素选自磷元素、硼元素、硅元素、镁元素、锌元素、镧元素、铈元素、钛元素或锆元素中的至少一种；

8、以所述氧化铝内核的总重量为基准，以元素计，所述改性元素的含量为0.3～5重量％。

9、本公开还提供一种制备多孔材料的方法，该方法包括：

10、将沥青粉、铝源以及粘合剂混合，得到混合物料，其中，所述铝源中含有氧化铝粉和/或氧化铝粉前体，所述粘合剂包括纤维素醚、淀粉或烯醇聚合物中的至少一种；

11、将所述混合物料进行热处理，得到所述多孔材料。

12、可选地，所述铝源中还含有助剂，所述助剂中含有改性元素，所述改性元素选自ⅲa、ⅳa、ⅴa、ⅱa、ⅱb、ⅲb或ⅳb族元素中的至少一种；

13、以所述铝源的干基总重量为基准，以元素计，所述改性元素的含量为0.1～10重量％。

14、可选地，所述改性元素选自磷元素、硼元素、硅元素、镁元素、锌元素、镧元素、铈元素、钛元素和锆元素中的至少一种；

15、以所述铝源的干基总重量为基准，以元素计，所述改性元素的含量为0.3～5重量％。

16、可选地，相对于100重量份的所述沥青粉，以氧化铝计，所述铝源的用量为1～20重量份，优选为3～15重量份；所述粘合剂的用量为1～20重量份，优选为5～15重量份。

17、可选地，所述沥青粉的粒径为1～1000μm，优选为1～250μm；所述铝源的粒径为1～150μm，优选为1～75μm。

18、可选地，所述将所述混合物料进行热处理，得到所述多孔材料，包括：

19、在含氧气氛下，按照0.1～10℃/分钟的升温速率将所述混合物料的温度由室温升至120～400℃，并进行第一热处理0.1～48小时，得到第一中间料；

20、在惰性气氛下，按照0.1～10℃/分钟的升温速率将所述第一中间料的温度升至400～950℃，并进行第二热处理0.1～24小时，得到第二中间料；

21、在含氧气氛下，按照0.1～10℃/分钟的升温速率将所述第二中间料的温度升至700～1000℃，并进行第三热处理0.1～12小时，得到所述多孔材料。

22、可选地，所述沥青粉包括石油沥青粉和/或煤沥青粉，所述沥青粉中含有多环芳烃，以所述沥青粉的总重量为基准，所述多环芳烃的含量为70～100重量％，优选为85～100重量％。

23、本公开还提供了上述任意一项所述的多孔材料或者上述任意一项所述的方法制备的多孔材料在制备吸附剂、催化剂或催化剂载体中的应用。

24、通过上述技术方案，本公开提供了一种新的多孔材料，该多孔材料具有较大的比表面积和孔容，可用作吸附剂、催化剂或催化剂载体。本公开提供的多孔材料制备方法具有工艺流程简单且成本较低的优点，适用于工业化大规模生产。

25、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种多孔材料，其特征在于，该多孔材料包括氧化铝内核，以及分布在所述氧化铝内核的外表面及孔道内壁上的多孔碳层，以所述多孔材料的总重量为基准，所述氧化铝内核的含量为10～40重量％，优选为20～30重量％；所述多孔碳层的含量为60～90重量％，优选为70～80重量％。

2.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述多孔材料的比表面积为150～1200m2/g，孔容为0.5～1.3cm3/g，平均孔径为3～30nm。

3.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述多孔碳层中含有碳元素、氧元素、氢元素、硫元素和氮元素，以所述多孔碳层的总重量为基准，以元素计，所述碳元素的含量为83～95重量％，优选为85～91重量％；所述氧元素的含量为2～6重量％，优选为3～5重量％；所述氢元素的含量为0.1～1重量％，优选为0.5～0.8重量％；所述硫元素的含量为1～8重量％，优选为2～6重量％；所述氮元素的含量为0.5～3重量％，优选为1～2重量％。

4.根据权利要求1所述的多孔材料，其特征在于，所述氧化铝内核中含有改性元素，所述改性元素选自ⅲa、ⅳa、ⅴa、ⅱa、ⅱb、ⅲb或ⅳb族元素中的至少一种；

5.根据权利要求4所述的多孔材料，其特征在于，所述改性元素选自磷元素、硼元素、硅元素、镁元素、锌元素、镧元素、铈元素、钛元素或锆元素中的至少一种；

6.一种制备多孔材料的方法，其特征在于，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铝源中还含有助剂，所述助剂中含有改性元素，所述改性元素选自ⅲa、ⅳa、ⅴa、ⅱa、ⅱb、ⅲb或ⅳb族元素中的至少一种；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述改性元素选自磷元素、硼元素、硅元素、镁元素、锌元素、镧元素、铈元素、钛元素和锆元素中的至少一种；

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，相对于100重量份的所述沥青粉，以氧化铝计，所述铝源的用量为1～20重量份，优选为3～15重量份；所述粘合剂的用量为1～20重量份，优选为5～15重量份。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述沥青粉的粒径为1～1000μm，优选为1～250μm；所述铝源的粒径为1～150μm，优选为1～75μm。

11.根据权利要求6～10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述将所述混合物料进行热处理，得到所述多孔材料，包括：

12.根据权利要求6～10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述沥青粉包括石油沥青粉和/或煤沥青粉，所述沥青粉中含有多环芳烃，以所述沥青粉的总重量为基准，所述多环芳烃的含量为70～100重量％，优选为85～100重量％。

13.权利要求1～5中任意一项所述的多孔材料或者权利要求6～12中任意一项所述的方法制备的多孔材料在制备吸附剂、催化剂或催化剂载体中的应用。

技术总结
本公开涉及一种多孔材料及其制备方法与用途。该多孔材料包括氧化铝内核，以及分布在所述氧化铝内核的外表面及孔道内壁上的多孔碳层，以所述多孔材料的总重量为基准，所述氧化铝内核的含量为10～40重量％，优选为20～30重量％；所述多孔碳层的含量为60～90重量％，优选为70～80重量％。本公开提供了一种新的多孔材料，该多孔材料具有较大的比表面积和孔容，可用作吸附剂、催化剂或催化剂载体。本公开提供的多孔材料制备方法具有工艺流程简单且成本较低的优点，适用于工业化大规模生产。

技术研发人员：李会峰,王薇,杨清河,习远兵
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13