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一种多孔碳材料的制备方法和多孔碳材料技术

技术编号:19112689 阅读:51 留言:0更新日期:2018-10-10 00:58
本发明专利技术提供了一种多孔碳材料的制备方法,包括:将高分子材料与发泡剂混合均匀得到混合料,将混合料加工成型后得到高分子发泡材料,将高分子发泡材料进行碳化处理,得到多孔碳材料;所述高分子材料包括由乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯、氯丙烯、1,3丁二烯、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、己内酰胺及其衍生物中的至少一种为单体合成的聚合物中的一种或多种。该方法采用传统加工成型方法制备高分子发泡材料,并以其为碳源,经碳化热处理得到高比表面积多孔碳材料,该制备方法原料来源广泛,成本低,制备工艺简单,实现了多孔碳材料的量产,大幅降低了成本。本发明专利技术还提供一种多孔碳材料。

Preparation method of porous carbon material and porous carbon material

The invention provides a preparation method of porous carbon material, including: mixing the polymer material with the foaming agent to obtain the mixture evenly, processing the mixture to obtain the polymer foaming material, carbonizing the polymer foaming material to obtain the porous carbon material; the polymer material comprises ethylene and propylene. One or more of the polymers synthesized from at least one monomer of methyl methacrylate, styrene, butadiene, vinyl chloride, allyl chloride, 1,3 butadiene, dimethyl terephthalate, ethylene glycol, acrylonitrile, vinyl acetate, methyl acrylate, caprolactam and their derivatives. In this method, high specific surface area porous carbon materials were obtained by carbonization heat treatment using traditional processing methods to prepare polymer foamed materials. The preparation method has a wide range of raw materials, low cost, simple preparation process, and realized the mass production of porous carbon materials, greatly reducing the cost. The invention also provides a porous carbon material.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔碳材料的制备方法和多孔碳材料
本专利技术涉及多孔碳制备
,特别是涉及一种多孔碳材料的制备方法和多孔碳材料。
技术介绍
当今社会,随着人口的激增和工业的快速发展,人们过度地开发和使用非可再生能源(如煤、石油、天然气等化石能源),使得能源匮乏,同时,还将大量污染物排放到大气,造成严重污染。环境污染问题和能源危机已成为人类可持续发展面临的重大挑战。因此,保护环境和开发绿色环保的储能装置成为科学家关注和研究的热点。碳以不同的形式存在于自然界中,是所有有机化合物的基础。随着材料科学的快速发展,碳材料由于其独特的物理化学性质,是目前研究最热门的材料之一。而多孔碳材料一经出现就备受研究者的青睐,并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。诸多因素使得多孔碳材料备受关注。首先,多种多样的前驱体可用来制备多孔碳材料,成本较低。其次,多孔碳材料还具有大的比表面积、化学稳定性好、孔隙结构丰富、机械强度高、导电性良好、密度较低等诸多优势。综合这些特点,多孔碳材料广泛应用于电化学、催化、能源、环境、吸附、隔热等多个领域。但是现有的多孔碳材料的制备方法成本高、难以产业化。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术第一方面提供一种多孔碳材料的制备方法,该制备方法前驱体来源广泛、成本低,所制备得到的多孔碳材料比表面积高,结构易调控,易于产业化。具体地,第一方面,本专利技术提供了一种多孔碳材料的制备方法,包括如下步骤:将高分子材料与发泡剂混合均匀得到混合料,将所述混合料加工成型后得到高分子发泡材料,将所述高分子发泡材料进行碳化处理,得到多孔碳材料;所述高分子材料包括由乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯、氯丙烯、1,3丁二烯、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、己内酰胺及其衍生物中的至少一种为单体合成的聚合物中的一种或多种。本专利技术选用价格低廉,来源广泛易得的高分子材料,采用传统加工方法将其加工成高分子发泡材料,并以该高分子发泡材料作为碳源,用于多孔碳材料的制备,大大降低了制备成本,同时实现了量产。其中,所述高分子材料具体可包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(PA)、酚醛塑料(PF)、氨基树脂(UF)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、苯乙烯-丁二烯共聚物(K胶)、聚醚醚酮(PEEK)、聚烯烃弹性体(POE)、聚甲醛树脂(POM)、聚苯醚(PPO)和苯乙烯系热塑性弹性体(SBS)中的一种或多种。本专利技术中,对于不同的高分子材料,所述发泡剂的选择无特殊限定,采用领域内常用的发泡剂即可,可选地,所述发泡剂包括偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、碳酸盐、水玻璃、碳化硅、碳黑、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和尿素衍生物中的一种或多种。所述偶氮化合物包括但不限于偶氮二异丁腈(ABN)、偶氮二甲酰胺(ADC)、二异丙醇胺(DIPA);所述磺酰肼类化合物可以是但不限于4,4-二磺酰肼二苯醚(OBSH)、对甲苯磺酰肼(TSH)、三肼基均三嗪(THT);所述亚硝基化合物包括但不限于二亚硝基五次甲基四胺(BN);所述尿素衍生物包括但不限于N-硝基胍。可选地,所述发泡剂在所述混合料中的质量含量为0.5%-20%,进一步地可以是1%-15%,5%-10%。本专利技术中,所述高分子材料在与所述发泡剂混合之前先进行烘干,所述烘干的温度为80-100℃,所述烘干的时间为3-6小时。可选地,所述加工成型的方式包括模压成型、挤出成型、成纤或成膜。所述加工成型的方式可根据具体的高分子材料种类进行选择,选择现有常用的成型方式即可。其中,所述模压成型的模压温度为60-500℃,保温时间为2-600分钟;进一步地模压温度为100-300℃、150-200℃,保温时间为5-100分钟、10-50分钟。所述挤出成型的挤出温度为60-500℃;所述成纤的成纤维度50-500℃;所述成膜过程中的各温度段加热温度为60-600℃。所述模压成型、挤出成型、成纤或成膜过程的加工温度可根据不同的高分子材料种类、以及不同孔结构需求等而进行设定。本专利技术中,所述碳化处理包括第一次碳化,所述第一次碳化过程中,气氛为氧气、空气或惰性气体,升温速率为1-100℃/min,碳化温度为150-1600℃,碳化时间大于3min。进一步地,所述升温速率为3-50℃/min、10-20℃/min,所述碳化温度为300-700℃、400-600℃,碳化时间为1-5小时、2-4小时。本专利技术中,可选地,当对多孔碳材料的比表面积和总孔容等参数有更高要求时,所述碳化处理还可以进一步包括第二次碳化,所述第二次碳化在所述第一次碳化完成后进行。所述第二次碳化过程中,气氛为氧气、空气或惰性气体,升温速率为1-100℃/min,碳化温度为150-1600℃,碳化时间大于3min。进一步地,所述升温速率为3-50℃/min、10-20℃/min,所述碳化温度为800-1600℃、900-1200℃、1000-1500℃,碳化时间为1-3小时、2-4小时。本专利技术中,所述第二次碳化过程中加入活化剂,所述活化剂包括LiOH、NaOH、KOH、H3PO4、HNO3、H2SO4、LiCl、KCl、NaCl、ZnCl2、K2CO3、LiCO3、Na2CO3、NH3、CCl3H、CCl2H2、CClH3、CO2和水蒸气的一种或多种。当活化剂为气体时,则在碳化处理过程中通入相应气体。所述活化剂可以提高刻蚀效率,提高比表面积,有利于获得孔径均匀的多孔碳材料。可选地,所述第一次碳化所得样品与所述活化剂的质量比为1:1-10,进一步地为1:3-8。所述碳化处理过程中,将所述高分子发泡材料置于瓷舟中,再转入管式炭化炉中进行热处理,当第二次碳化过程加入活化剂时,为了防腐蚀则将第一次碳化所得样品置于镍舟中,再转入管式炭化炉中进行热处理。所述碳化处理过程中的气体流量为30-500cc/min,具体地可以是100-250cc/min、120-200cc/min。可选地,所述第一次碳化处理之前,先将所述高分子发泡材料进行烘干,所述烘干的温度为80-100℃,所述烘干的时间为3-6小时。可选地,所述第二次碳化处理之前,先将所述第一次碳化所得样品进行烘干,所述烘干的温度为80-100℃,所述烘干的时间为3-6小时。由于工艺需要或为了赋予多孔碳材料其他附加性能(如阻燃性能、抗氧化性能等),所述混合料中还可进一步包括助剂,可选地,所述助剂的质量含量为0.5%-20%,进一步地可为5%-10%。可选地,所述助剂包括润滑剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、阻燃剂、静电剂、偶联剂、相容剂和成核剂中的一种或多种。其中,所述阻燃剂包括氯化石蜡、氯化聚乙烯、四溴双酚A(如FR-1525)、十溴二苯醚、红磷、聚磷酸铵、磷酸铵盐、磷酸盐、磷酸酯、磷腈化合物、有机次磷酸、三聚氰胺尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、氢氧化铝本文档来自技高网...
一种多孔碳材料的制备方法和多孔碳材料

【技术保护点】
1.一种多孔碳材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将高分子材料与发泡剂混合均匀得到混合料,将所述混合料加工成型后得到高分子发泡材料,将所述高分子发泡材料进行碳化处理,得到多孔碳材料;所述高分子材料包括由乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯、氯丙烯、1,3丁二烯、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、己内酰胺及其衍生物中的至少一种为单体合成的聚合物中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种多孔碳材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将高分子材料与发泡剂混合均匀得到混合料,将所述混合料加工成型后得到高分子发泡材料,将所述高分子发泡材料进行碳化处理,得到多孔碳材料;所述高分子材料包括由乙烯、丙烯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯、氯丙烯、1,3丁二烯、对苯二甲酸二甲酯、乙二醇、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、己内酰胺及其衍生物中的至少一种为单体合成的聚合物中的一种或多种。2.如权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法,其特征在于,所述高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酰胺、酚醛塑料、氨基树脂、热塑性聚氨酯弹性体、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醚醚酮、聚烯烃弹性体、聚甲醛树脂、聚苯醚和苯乙烯系热塑性弹性体中的一种或多种。3.如权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法,其特征在于,所述发泡剂包括偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、碳酸盐、水玻璃、碳化硅、碳黑、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯四氟乙烷、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和尿素衍生物中的一种或多种。4.如权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法,其特征在于,所述加工成型的方式包括模压成型、挤出成型、成纤或成膜。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱才镇黄锦涛韩沛罗东海刘会超于佳立徐坚
申请(专利权)人:深圳大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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