有序中孔炭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有序中孔炭的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将三聚氰胺与甲醛水溶液混合，之后，在70～90℃搅拌，形成密胺树脂预聚体；将所述密胺树脂预聚体溶于乙醇，配成溶液A；将F127（EO106PO70EO106）溶于乙醇水溶液中，形成溶液B；将所述溶液B加入到所述溶液A中，搅拌均匀，静置，之后进行干燥，之后在保护气氛下炭化，即得。本发明专利技术工艺简单、生产成本低，所制备的产品具有良好的充放电性能。

Preparation of ordered mesoporous carbons

The invention discloses a method for preparing ordered mesoporous carbon. The preparation method comprises the following steps: mixing melamine with formaldehyde aqueous solution, then stirring at 70-90 degrees Celsius to form melamine resin prepolymer; dissolving the melamine resin prepolymer in ethanol and preparing solution A; dissolving F127 (EO106 PO70EO106) in ethanol aqueous solution to form solution B; adding the solution B to ethanol aqueous solution B; and adding the melamine resin prepolymer into ethanol aqueous solution B; The solution A is stirred evenly, set still, dried and carbonized in a protective atmosphere. The invention has simple process and low production cost, and the prepared product has good charge discharge performance.

【技术实现步骤摘要】
有序中孔炭的制备方法
本专利技术涉及碳材料制备
，具体涉及一种有序中孔炭的制备方法。
技术介绍
随着环境问题和能源危机的日益严重，超级电容器作为一种环境友好的可再生能源的储能装置而成为重点的研究对象。超级电容器的用途非常广泛，如用作起重装置里可以提供超大电流的电力平衡电源，车辆的牵引能源和启动电源，激光武器的脉冲能源，微小电流供电的后备电源，智能表、智能热量表、智能电表（水表、煤气表）的启动电源；小型充电产品中充电电池的替代电源以及LED发光器、语音IC、电动玩具电动机等小功率电器的驱动电源等。目前，用作超级电容器电极的材料的主要有导电聚合物、多孔炭材料以及过渡金属氧化物等。传统上常采用煤、沥青等矿物质原料来生产炭材料，此类原料虽具有含碳量高的优点，但是，矿物原料属于不可再生的资源，大量使用会对生态平衡与稳定造成毁灭性的破坏。因此，有必要提供一种更佳的有序中孔炭的制备方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低、生态友好的有序中孔炭的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：炭基超级电容器主要是通过电解液和电极界面形成静双电层（EDL）来储存能量，此能量储存过程除了与电极材料的比表面积有关外，还与材料表面的杂原子和官能团有关，所述杂原子或官能团不但能够提高储能孔洞中电解液离子的浸润性，增加电化学可及面，而且还可利用法拉第赝电容反应来提高储电容量。密胺树脂，又被称为三聚氰胺-甲醛树脂，或蜜胺树脂、蜜胺甲醛树脂，是一种不熔的的热固性树脂，且其所用原料三聚氰胺分子中含有丰富的氮原子，因此，本专利技术经长期、大量的试验研究筛选出密胺树脂作为制备中孔炭材料的炭源。设计一种有序中孔炭的制备方法，包括以下步骤：（1）将三聚氰胺、37%的甲醛、水按1～1.5g：1～3mL：4～6mL的量比混合，之后，在70～90℃进行搅拌，形成密胺树脂预聚体；（2）按密胺树脂预聚体：无水乙醇=1:3～5的质量比，将步骤（1）中所得密胺树脂预聚体溶于无水乙醇，配成溶液A；（3）按EO106PO70EO106：所述密胺树脂预聚体=1:3～8的质量比，将EO106PO70EO106溶于乙醇水溶液中，形成溶液B；（4）将步骤（3）中所述溶液B加入到步骤（2）中所述溶液A中，搅拌均匀，静置，之后进行干燥；（5）将步骤（4）所得产物在惰性气氛下炭化，即得；优选的，在所述步骤（4）中，静置时间为6～12h。优选的，在所述步骤（4）中，干燥温度为100℃，干燥时间为24h。优选的，在所述步骤（5）中，碳化温度800～900℃。优选的，在所述步骤（5）中，碳化时间为2～4h。优选的，在所述步骤（5）中，所述惰性气氛为选自氨气、氮气、氢气、氩气中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：1.本专利技术工艺方法简单，生产成本低。2.本专利技术所制备出的产品的孔隙发达，孔结构均匀，为典型的中孔材料。3.本专利技术所制备出的材料，具有较大的孔径以及特殊的孔道有序的特性，使其有利于电解液离子的嵌入和脱出，因而具有良好的充放电性能。附图说明图1为实施例1所制备的有序中孔炭材料的SEM测试结果图；图2为实施例1、2、4、5所制备产品的氮气吸附-脱附等温线图；图3为实施例1、2、4、5所制备产品的孔径分布图；图4为实施例4所制备的有序中孔炭材料MFMC-6恒电流充放电测试时第2次循环与第20此循环的电压-时间图。具体实施方式下面结合附图和实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的材料及试剂，如无特别说明，均购自常规化学试剂商店；所涉及的测试、制备方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例1有序中孔炭的制备方法将2.52g三聚氰胺、4ml37%的甲醛（分析纯）和10ml蒸馏水加入到50ml的圆底烧瓶中，之后，置于85℃水浴中进行磁力搅拌，其中，三聚氰胺与甲醛反应形成澄清透明的密胺树脂预聚体溶液，待降至室温后，按照密胺树脂预聚体：无水乙醇=1:4的质量比，将所得密胺树脂预聚体全部加入到13.44g无水乙醇中，配成均匀溶液A。按照F127（EO106PO70EO106）：所述密胺树脂预聚体=1:3的质量比，将1.12gF127溶于18ml无水乙醇和2ml蒸馏水的混合溶液中，搅拌至得到澄清溶液，记作溶液B，将所述溶液B加入上述溶液A中，搅拌均匀，形成混合液。将所述混合液倒入培养皿中，在室温下放置6-12h，使得乙醇挥发出去，将装有所述混合液的培养皿置于100℃烘箱中24h，将产物从培养皿中刮下，之后将所述产物在氮气保护下900℃炭化3h得到有序中孔炭材料，记为材料MFMC-3。实施例2有序中孔炭的制备方法与实施例1不同的是：F127（EO106PO70EO106）：密胺树脂预聚体的质量比为1:4，其余均与实施例1相同。将所得材料记为MFMC-4。实施例3有序中孔炭的制备方法与实施例1不同的是：F127（EO106PO70EO106）：密胺树脂预聚体的质量比为1:5，其余均与实施例1相同。将所得材料记为MFMC-5。实施例4有序中孔炭的制备方法与实施例1不同的是：F127（EO106PO70EO106）：密胺树脂预聚体的质量比为1:6，其余均与实施例1相同。将所得材料记为MFMC-6。实施例5有序中孔炭的制备方法与实施例1不同的是：F127（EO106PO70EO106）：密胺树脂预聚体的质量比为1:8，其余均与实施例1相同。将所得材料记为MFMC-8。实施例6对实施例1所制备的产品进行SEM测试采用捷克FEI公司的Quanta250型扫描电子显微镜观察实施例1所制备的产品的表面形貌。取实施例1所制备的样品研磨过筛，再用导电胶将样品固定在样品台上，喷金处理后，打开电子扫描显微镜进入工作状态，放入样品，通过移动样品台、调整放大倍数、调整得到合适的图像最后拍照保存获得各个样品的表面形貌，实施例1所制备的有序中孔炭材料的SEM测试结果如附图1。附图1是实施例1所制备的有序中孔炭材料在扫描电镜（SEM）下测试的放大10000倍的微观表面形貌，从图中可看出其孔道清晰，呈现出蜂窝状结构，具有大量的孔隙。实施例7对实施例1、2、4、5所制备的产品进行比表面积及孔径测试取实施例1、2、4、5所制备的样品各0.1g，在250℃下真空脱气8h，使用美国康塔仪器公司生产的2QDS-MP-30的比表面积孔径测定仪测试。测试样品的N2吸附-脱附等温线，结果如附图2。利用Brunauer-Emmett-Teller（BET）方法计算材料的比表面积，用t-plot方法计算微孔比表面积和微孔体积，用BJH理论分析孔径分布，孔径分布如附图3，实施例1、2、4、5所制备样品的孔结构参数如下表1。表1各样品的孔结构参数。由附图2可知，实施例1、2、4、5所制备材料的吸附-脱附等温线是有典型的IV型等温线，是典型的中孔炭材料的N2吸附-脱附等温线。从上表1结果中可看出，当加入不同比例的模板剂F127后，所制备的MFMC-8、MFMC-6、MFMC-4、MFMC-3材料中没有微孔的存在，是典型的中孔炭材料，能更好的使电极材料和电解液相接处，有利于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有序中孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将三聚氰胺、37%的甲醛、水按1～1.5g ：1～3mL ：4～6mL的量比混合，之后，在70～90 ℃进行搅拌，形成密胺树脂预聚体；（2）按密胺树脂预聚体：无水乙醇=1:3～5的质量比，将步骤（1）中所得密胺树脂预聚体溶于所述无水乙醇中，配成溶液A；（3）按EO106PO70EO106：所述密胺树脂预聚体=1: 3～8的质量比，将EO106PO70EO106溶于乙醇水溶液中，形成溶液B；（4）将步骤（3）中所得溶液B加入到步骤（2）中所述溶液A中，搅拌均匀，静置，之后进行干燥 ；（5）将步骤（4）中干燥后所得产物在惰性气氛下炭化，即得；根据权利要求1所述的有序中孔炭的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述搅拌过程为在85 ℃水浴中进行。

【技术特征摘要】
1.一种有序中孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将三聚氰胺、37%的甲醛、水按1～1.5g：1～3mL：4～6mL的量比混合，之后，在70～90℃进行搅拌，形成密胺树脂预聚体；（2）按密胺树脂预聚体：无水乙醇=1:3～5的质量比，将步骤（1）中所得密胺树脂预聚体溶于所述无水乙醇中，配成溶液A；（3）按EO106PO70EO106：所述密胺树脂预聚体=1:3～8的质量比，将EO106PO70EO106溶于乙醇水溶液中，形成溶液B；（4）将步骤（3）中所得溶液B加入到步骤（2）中所述溶液A中，搅拌均匀，静置，之后进行干燥；（5）将步骤（4）中干燥后所得产物在惰性气氛下炭化，即得；根据权利要求1所述的有序中孔炭的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思雨，王利娜，陈振宇，王非，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41