The invention discloses a preparation method of coal-based graded porous carbon based on chemical activation and catalytic activation coupling. The method uses coal as raw material, through the mixing of chemical activator and coal, the chemical activator is evenly distributed in the framework structure of coal, through the high-temperature catalytic activation process, the chemical activator forms micro-pores through etching, crosslinking and intercalation, and the CO2 and ash in the coal form mesoporous pores through the catalytic gasification process, and finally washes out. The impurities form a porous carbon with high specific surface area. The invention makes full use of the original ash in the raw coal structure, coupling the catalytic gasification process in the chemical activation process, and realizes the pore classification form of porous carbon material. Because of its reasonable pore structure, it can promote the mass transfer process in porous carbon. It has potential applications in the fields of electrochemical energy storage, such as double-layer supercapacitor electrode materials, gas adsorption, liquid adsorption and so on.
【技术实现步骤摘要】
基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法
本专利技术涉及一种多孔活性碳材料的制备方法。
技术介绍
多孔活性碳材料由于具有比表面积大、质量轻、导电导热能力强和化学稳定性高等优点,广泛应用于吸附分离及电化学储能等领域。多孔活性碳材料的孔隙结构及孔隙参数中比表面积、孔容和孔径分布等直接影响着电解液离子的吸附储存。目前已发展的多孔活性碳材料包括微孔碳、有序介孔碳、分级孔碳等,其制备方法包括活化法、模板法以及自组装法等,其中活化法又分为物理催化活化和化学活化。目前高性能多孔活性碳材料的制备过程中,原料的来源、成本以及制备工艺的复杂性仍被认为是高性能多孔活性碳材料从实验室合成走向产业化制备的关键瓶颈。研发低成本、可规模化生产的多孔活性碳材料制备方法是碳材料领域的重要发展方向。煤炭的内部结构包含大量以芳香烃、聚芳香烃为基本单元的天然类石墨层状结构,一直以来被视为多孔活性碳材料规模化、低成本制备的重要原料。目前以煤炭为原料生产多孔活性碳材料主要是以煤化程度较高的烟煤和无烟煤为原料,通过碳化、物理活化或化学活化处理制备获得煤基活性碳材料。然而,传统多孔活性碳材料制备过程中,煤原料碳化后采用的物理活化法和化学活化法存在以下两方面问题:(1)以CO2或水蒸气为活化介质的物理活化方法成本较低,但制备得到的多孔活性碳材料孔隙结构不发达,采用BET法表征得到的比表面积通常小于1000m2/g;(2)化学活化法是通过化学活化剂KOH、H3PO4、K2CO3或ZnCl2与碳质前驱体的混合共碳化实现造孔,但通常只能形成微孔结构,使制备的碳材料的性能和应用受限。因此,针对上述物理、 ...
【技术保护点】
1.一种基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法,其特征在于所述方法步骤如下:一、原料细化将原料煤依次进行破碎、研磨和筛分,得到细化煤粉;二、原料与活化剂混合将步骤一的细化煤粉与化学活化剂通过物理方式进行混合,得到混合物;三、高温催化活化将步骤二的混合物置于气氛炉内,将气氛炉先升温至300~650℃停留加热0.5~3h,之后继续升温至800~1000℃下保温0.5~3h,保温结束后将气氛炉自然降至室温,得到活化产物;四、活化产物的清洗将步骤三的活化产物依次进行酸洗处理2~3次和水洗处理2~3次;五、干燥将步骤四清洗后的活化产物进行干燥处理,即得到煤基多孔活性碳材料。
【技术特征摘要】
1.一种基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法,其特征在于所述方法步骤如下:一、原料细化将原料煤依次进行破碎、研磨和筛分,得到细化煤粉;二、原料与活化剂混合将步骤一的细化煤粉与化学活化剂通过物理方式进行混合,得到混合物;三、高温催化活化将步骤二的混合物置于气氛炉内,将气氛炉先升温至300~650℃停留加热0.5~3h,之后继续升温至800~1000℃下保温0.5~3h,保温结束后将气氛炉自然降至室温,得到活化产物;四、活化产物的清洗将步骤三的活化产物依次进行酸洗处理2~3次和水洗处理2~3次;五、干燥将步骤四清洗后的活化产物进行干燥处理,即得到煤基多孔活性碳材料。2.根据权利要求1所述的基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法,其特征在于所述步骤一中,原料煤为未经过预处理的含灰煤。3.根据权利要求2所述的基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法,其特征在于所述含灰煤为褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤中的一种或多种按任意比例的混合物。4.根据权利要求1所述的基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法,其特征在于所述细化煤粉的粒径为60~200目。5.根据权利要求1所述的基于化学活化及催化活化耦合的煤基分级多孔炭制备方法,其特征在于所述步骤二中,物理...
【专利技术属性】
技术研发人员:王桦,陈孟石,王士彰,裴桐,孙飞,高继慧,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江,23
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