一种高比表面积多孔石墨化炭的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，先将石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的混合物水溶液浸渍到炭源前体物上，干燥和脱水后升温，同步实现活化和催化石墨化；降温后，溶去金属等杂质，然后洗涤，干燥，得到具有高比表面积的多孔石墨化炭，可以进一步通过化学氧化和化学还原，得到衍生的氧化石墨烯和还原氧化石墨烯。与单一的催化石墨化技术相比，本制备方法实施过程中，催化石墨化和造孔活化同步进行，并且使用氢氧化钾活化这一相对其他方法更为高效率的活化方式，有利于得到高比表面积、孔隙高度发达的多孔石墨化炭。

Preparation method of high specific surface area porous graphitized carbon

The present invention provides a preparation method of porous graphitized carbon with high specific surface area. First, the aqueous solution of the mixture of the precursor of graphitized catalyst and potassium hydroxide is impregnated on the precursor of carbon source, then dried and dehydrated, and then heated up to realize activation and catalytic graphitization synchronously; after cooling, impurities such as metals are dissolved, then washed and dried. Porous graphitized carbon with high specific surface area can be obtained by chemical oxidation and chemical reduction, and then derived graphene oxide and reduced graphene oxide can be obtained. Compared with the single catalytic graphitization technology, the catalytic graphitization and pore-forming activation are carried out simultaneously in the preparation process, and potassium hydroxide activation is a more efficient activation method than other methods, which is beneficial to obtain porous graphitized carbon with high specific surface area and high porosity.

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积多孔石墨化炭的制备方法
本专利技术属于炭材料制备
，特别是属于多孔石墨化炭材料制备

技术介绍
以活性炭为代表的多孔炭材料在吸附与分离领域已有超过一百年的使用历史，其具有较高的比表面积，可以提供大量吸附位。近年来，多孔炭材料在催化、电化学等领域的应用也得到了较大发展。常用的多孔炭材料大多是无定形结构，研究发现，提高炭材料表面的石墨化程度，可以增强对特定污染物的吸附能力，同时，由于表面电子结构改变和导电性的增强，其催化和电化学属性也会有很大改观。催化石墨化是经常采用的制备石墨化炭材料的方法，一般以铁、钴、镍等金属的化合物作为催化剂前体物，与炭源前体物混合后，在700-1000℃处理，实现炭源前体物的炭化和石墨化转化。但是，多数情况下，催化石墨化的方法制备的材料比表面积在500平方米/克以下。在活性炭制备过程中，为了提高比表面积，常需要进行活化造孔。如果将催化石墨化和活化造孔相结合，有可能提高多孔石墨化炭的比表面积。文献CN107265436A提出了一种只用高铁酸钾同时作为造孔剂和石墨化催化剂、且不添加任何其他活化剂和催化剂的方法。该方法实施过程中，将高铁酸钾溶解在水中，再与炭源前体物生物质混合。但是，高铁酸钾在中性水中并不稳定，迅速变浑浊，生成氢氧化铁，不利于催化剂与炭源前体物的高度分散混合，进而势必对石墨化和多孔化效果造成负面影响。本专利技术提出方法以氢氧化钾作为造孔活化剂，以能在氢氧化钾溶液中稳定存在的化合物作为催化剂的前体物，将氢氧化钾和催化剂前体物配成稳定的混合溶液，均匀浸渍到炭源前体物上，再升高温度处理，同时实现催化石墨化和造孔活化。
技术实现思路
本专利技术针对用催化石墨化方法制备多孔石墨化炭过程中，仅仅存在催化剂的情况下，得到的石墨化炭材料存在表面积难以提高的问题，提出了一种能够得到高比面积多孔石墨化炭的制备方法。本专利技术的技术方案可以通过以下技术措施来实现：一种高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，包括如下过程：(1)配置石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的混合物水溶液，将此溶液浸渍到炭源前体物上，所述石墨化催化剂前体物为能在碱性溶液中稳定存在的镍胺络合物、镍氨络合物、钴胺络合物、钴氨络合物、高铁酸盐、高锰酸盐、锰酸盐中的至少一种；(2)将浸渍了石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的炭源前体物干燥和脱水后，在隔绝空气的条件下升温至600-1300℃，保持0.2-20小时，同步实现活化和催化石墨化；(3)降温后，将固体产物置于盐酸溶液中浸泡，溶去金属等杂质，然后洗涤，干燥，得到具有高比表面积的多孔石墨化炭。优选地，所述炭源前体物包括活性炭、焦炭、炭黑、木炭、生物焦、煤、沥青、石蜡、生物质、生物质提取物、人造有机高分子聚合物。优选地，所述煤指的是无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤。优选地，所述生物质包括竹材、木材、树皮、蒿草、牧草、席草、芦苇、水葫芦、农作物秸秆、棉花、果皮、果壳、种壳与果核。优选地，农作物秸秆指的是粮食与蔬菜作物、经济作物和饲料作物的秸秆，更加优选的农作物秸秆为小麦秸秆、大麦秸秆、燕麦秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、玉米秸秆、粟米秸秆、番茄秸秆、茄子秸秆、蚕豆秸秆、绿豆秸秆、大豆秸秆、薯芋类作物秸秆、麻类纤维作物秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、芝麻秸秆、向日葵秸秆、花生秸秆、蓖麻秸秆、甘蔗秸秆、甜菜秸秆、烟草秸秆、苜蓿秸秆。优选地，所述果壳、种壳与果核包括椰子壳、棕榈壳、核桃壳、胡桃壳、杏仁壳、巴旦木壳、榛子壳、松子壳、板栗壳、银杏果壳、开心果壳、夏威夷果壳、花生壳、咖啡豆荚、葵花子壳、南瓜子壳、西瓜子壳、棉籽壳、樱桃核、枣核、橄榄核、芒果核、桃核、李核。优选地，所述生物质提取物包括木质素、纤维素、半纤维素、淀粉。优选地，所述人造有机高分子聚合物包括异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、黏胶纤维、醋酸纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨基甲酸酯纤维、酚醛塑料、ABS塑料、聚酰胺塑料、聚碳酸酯塑料、饱和聚酯塑料、聚苯醚塑料、聚砜塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚乙烯醇塑料、聚甲基丙烯酸甲酯塑料、聚乙酸乙烯酯塑料、聚乙烯醋酸乙烯酯塑料。本专利技术还提供一种高比表面积多孔石墨化炭，上述的方法制备得到。本专利技术还提供一种具有高比表面积的氧化石墨烯的制备方法，采用上述的方法制备得到高比表面积多孔石墨化炭后，将其进行化学氧化，得到具有高比表面积的氧化石墨烯。本专利技术还提供一种具有高比表面积的氧化石墨烯，采用上述的方法制备得到。本专利技术还提供一种具有高比表面积的还原氧化石墨烯的制备方法，采用上述的方法制备得到高比表面积氧化石墨烯后，将其进行化学还原，得到具有高比表面积的还原氧化石墨烯。本专利技术还提供一种具有高比表面积的还原氧化石墨烯，采用上述的方法制备得到。氢氧化钾是一种优良的活化造孔剂，但以氢氧化钾作为活化剂增加孔结构时，现有技术中常用的石墨化催化剂前体物，如铁、钴、镍、锰等金属的硝酸盐或氯化物，难以与碱形成互溶的溶液，因此难以共同均匀的浸渍到炭源前体物上，也会影响到制备的多孔石墨化炭的质量。本专利技术采用镍胺络合物、镍氨络合物、钴胺络合物、钴氨络合物、高铁酸盐、高锰酸盐、锰酸盐中的至少一种作为石墨化催化剂前体物，将这些化合物与碱配成稳定的混合溶液，共同均匀浸渍到炭源前体物上，再在高温下同步进行石墨化转化和活化造孔，得到高比表面积多孔石墨化炭。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1，与单一的催化石墨化技术相比，本制备方法实施过程中，催化石墨化和造孔活化同步进行，并且使用氢氧化钾活化这一相对其他方法更为高效率的活化方式，有利于得到高比表面积、孔隙高度发达的多孔石墨化炭；2，选用了能与碱稳定互溶的石墨化催化剂前体物，可以和氢氧化钾一起均匀分散浸渍在炭源前体物上，实现良好的同步石墨化与多孔化效果，优化的条件下产物的比表面积高达2000平方米/克以上；3，适用的炭源前体物范围广，几乎所有可以用于制备活性炭的原料均可用来制备高比表面积多孔石墨化炭；4，制备方法简单，由于没有增加特别的制备步骤，常用的活性炭生产设备即可进行生产，不需要进行大规模的设备改造，容易实现规模化生产，而且原材料易得；5，与通常的石墨相比，多孔石墨化炭发达的孔隙结构有利于与氧化剂充分接触，从而制备出高比表面积的衍生氧化石墨烯，并且可以进一步化学还原制备出高比表面积的还原氧化石墨烯。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1.材料(以活性炭、氢氧化钾和镍-乙二胺络合物为原料制备)的X-射线衍射谱图；图2.材料(以无烟煤、氢氧化钾和镍-乙二胺络合物为原料制备)的高分辨透射电镜图；图3.材料(以杨木、氢氧化钾和镍-乙二胺络合物为原料制备)的高分辨透射电镜图；图4.材料(以椰壳、氢氧化钾和镍-乙二胺络合物为原料制备)的高分辨透射电镜图；图5.材料(以淀粉、氢氧化钾和镍-乙二胺络合物为原料制备)的高分辨透射电镜图；图6.材料(以丁苯橡胶、氢氧化钾和镍-乙二胺络合物为原料制备)的高分辨透射电镜图；图7.材料(以活性炭、氢氧化钾和镍-氨络合物为原料制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，其特征在于，包括如下过程：(1)配置石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的混合物水溶液，将此溶液浸渍到炭源前体物上，所述石墨化催化剂前体物为镍胺络合物、镍氨络合物、钴胺络合物、钴氨络合物、高铁酸盐、高锰酸盐、锰酸盐中的至少一种；(2)将浸渍了石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的炭源前体物干燥和脱水后，在隔绝空气的条件下升温至600‑1300℃，保持0.2‑20小时；(3)降温后，将固体产物置于盐酸溶液中浸泡，然后洗涤，干燥，得到具有高比表面积的多孔石墨化炭。

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，其特征在于，包括如下过程：(1)配置石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的混合物水溶液，将此溶液浸渍到炭源前体物上，所述石墨化催化剂前体物为镍胺络合物、镍氨络合物、钴胺络合物、钴氨络合物、高铁酸盐、高锰酸盐、锰酸盐中的至少一种；(2)将浸渍了石墨化催化剂前体物和氢氧化钾的炭源前体物干燥和脱水后，在隔绝空气的条件下升温至600-1300℃，保持0.2-20小时；(3)降温后，将固体产物置于盐酸溶液中浸泡，然后洗涤，干燥，得到具有高比表面积的多孔石墨化炭。2.根据权利要求1所述的高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，其特征在于，所述炭源前体物包括活性炭、焦炭、炭黑、木炭、生物焦、煤、沥青、石蜡、生物质、生物质提取物、人造有机高分子聚合物。3.根据权利要求2所述的高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，其特征在于，所述生物质包括竹材、木材、树皮、蒿草、牧草、席草、芦苇、水葫芦、农作物秸秆、棉花、果皮、果壳、种壳与果核。4.根据权利要求2所述的高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，其特征在于，所述生物质提取物包括木质素、纤维素、半纤维素、淀粉。5.根据权利要求2所述的高比表面积多孔石墨化炭的制备方法，其特征在于，所述人造有机高分子聚合物包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进军，潘枫，吴峰，束胜全，肖嘉玉，陈涛，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42