一种制备多孔材料的方法与多孔材料及其应用与流程

本公开涉及材料，具体涉及一种制备多孔材料的方法与多孔材料及其应用。

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介孔制备方法。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种制备多孔材料的方法与多孔材料及其应用。

2、为了实现上述目的，本公开提供一种制备多孔材料的方法，该方法包括：

3、将沥青粉进行预氧化处理，得到预氧化沥青粉；

4、将所述预氧化沥青粉、铝源、有机碳源与水混匀，得到混合浆液，其中，所述铝源中含有氧化铝粉和/或氧化铝粉前体；所述有机碳源包括纤维素醚、烯醇聚合物或糖化合物中的至少一种；

5、将所述混合浆液进行水热处理，得到水热产物；

6、将所述水热产物进行干燥处理，并将干燥后的水热产物进行热处理，得到所述多孔材料。

7、可选地，相对于100重量份的所述预氧化沥青粉，以氧化铝计，所述铝源的用量为1～30重量份，优选为5～25重量份；所述有机碳源的用量为1～60重量份，优选为10～50重量份；所述水的用量为25～1000重量份，优选为50～500重量份。

8、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；

9、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％。

10、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；

11、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％。

12、可选地，所述水热处理的条件包括：温度为80～250℃，优选为100-200℃，时间为0.5～48小时，优选为4～24小时。

13、可选地，所述有机碳源为糖化合物，所述糖化合物包括蔗糖、葡萄糖、核糖、果糖或淀粉中的至少一种。

14、可选地，所述预氧化沥青粉的粒径为1～10000μm，优选为1～250μm；所述铝源的粒径为1～150μm，优选为1～75μm。

15、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％。

16、本公开还提供上述任意一项所述的方法制备的多孔材料，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15～38重量％，优选为22～36重量％；所述多孔碳层的含量为62～85重量％，优选为64～78重量％。

17、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。

18、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80～95重量％，优选为85～91重量％；所述氧元素的含量为3～8重量％，优选为4～7重量％；所述氢元素的含量为0.1～2重量％，优选为0.5～1.5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％。

19、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；

20、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％。

21、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；

22、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％。

23、本公开还提供上述任意一项所述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制备方法，该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。利用该方法制备得到的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。

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：

1.一种制备多孔材料的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于100重量份的所述预氧化沥青粉，以氧化铝计，所述铝源的用量为1～30重量份，优选为5～25重量份；所述有机碳源的用量为1～60重量份，优选为10～50重量份；所述水的用量为25～1000重量份，优选为50～500重量份。

3.根据权利要求1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；

4.根据权利要求3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；

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水热处理的条件包括：温度为80～250℃，优选为100-200℃，时间为0.5～48小时，优选为4～24小时。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机碳源为糖化合物，所述糖化合物包括蔗糖、葡萄糖、核糖、果糖或淀粉中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预氧化沥青粉的粒径为1～10000μm，优选为1～250μm；所述铝源的粒径为1～150μm，优选为1～75μm。

8.根据权利要求1～7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％。

9.权利要求1～8中任意一项所述的方法制备的多孔材料，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15～38重量％，优选为22～36重量％；所述多孔碳层的含量为62～85重量％，优选为64～78重量％。

10.根据权利要求9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。

11.根据权利要求9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80～95重量％，优选为85～91重量％；所述氧元素的含量为3～8重量％，优选为4～7重量％；所述氢元素的含量为0.1～2重量％，优选为0.5～1.5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％。

12.根据权利要求9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；

13.根据权利要求12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；

14.权利要求9～13中任意一项所述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
本公开涉及一种制备多孔材料的方法与多孔材料及其应用。该方法包括：将沥青粉进行预氧化处理，得到预氧化沥青粉；将预氧化沥青粉、铝源、有机碳源与水混匀，得到混合浆液，其中，铝源中含有氧化铝粉和/或氧化铝粉前体；有机碳源包括纤维素醚、烯醇聚合物或糖化合物中的至少一种；将混合浆液进行水热处理，得到水热产物；将水热产物进行干燥处理，并将干燥后的水热产物进行热处理，得到多孔材料。本公开提供了一种新的多孔材料制备方法，该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