一种含铅高导电多孔碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含铅高导电多孔碳材料制备方法，先将过氧化铅在100~120℃搅拌、保温，再将表面活性剂溶于溶剂中喷雾至过氧化铅颗粒表面，制得造孔剂A；然后将树脂溶于有机溶剂，逐步加入造孔剂A形成浆料，经喷雾干燥、破碎、分级得到多孔碳前驱体B，最后将B加热至750~950℃，保温、冷却、洗涤、打散、筛分、除磁得到目的物。本发明专利技术方法不涉及液态浓碱和高磁性物质，是一种绿色环保的清洁工艺，制备的铅碳复合材料具有内阻低、导电性好的优点。

A Lead-containing High Conductivity Porous Carbon Material and Its Preparation Method

The invention relates to a preparation method of a lead-high conductive porous carbon material. First, lead peroxide is stirred and kept at 100~120 C, then the surfactant is dissolved in a solvent to spray onto the surface of lead peroxide particles, and then the pore forming agent A is produced. Then the resin is dissolved in organic solvent, and gradually added pore forming agent A to form slurry, and then the porous carbon precursor B is obtained by spray drying, crushing and grading, and finally, the final product is prepared. B is heated to 750 ~ 950 C, and the target is obtained by heat preservation, cooling, washing, dispersing, screening and demagnetization. The method of the invention does not involve liquid concentrated alkali and high magnetic material, and is a green and environmental clean process. The prepared lead-carbon composite material has the advantages of low internal resistance and good conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种含铅高导电多孔碳材料及其制备方法
本专利技术涉及一种多孔炭材料及其制备方法，特别涉及一种含铅、高导电性的多孔碳材料，以及绿色清洁的碳材料活化造孔工艺。
技术介绍
多孔碳材料既有碳材料化学稳定高、导电性好等优点，又具有多孔材料比表面积高、孔隙率高的特点，在催化、吸附和电化学储能等方面都得到了广泛的应用。多孔碳方面的专利技术多集中于强碱刻蚀碳前驱体，如专利【CN201610492629.1】以含有KOH的碱法造纸产生的造纸黑液中的木质素为碳源，经预处理、碳化和活化制得多孔碳；专利【CN201711470017.3】将切割成片状的天然木材在空气中加热预处理后，再在强碱水溶液中浸泡并烘干，然后于保护气下高温热解制得多孔碳。这种多孔碳优点是制备工艺简单、多孔碳比表面积很容易达到1500m2/g以上，缺点是原料腐蚀性强，对设备要求比较高，生产过程安全性差，造孔后物料仍为强碱性，需要多次洗涤并产生大量生产污水，而且，这种方法制备出的多孔碳粉末电阻率普遍较大，使其在电化学储能方面的应用受到限制。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种一种含铅、高导电多孔碳材料及其制备方法，本专利首先采用金属铅与多孔碳复合的思路，显著改善了多孔碳的导电性能。其次，本专利选用了一种表面修饰的过氧化铅为造孔剂，生产安全隐患较低。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。一种含铅高导电多孔碳材料，其特征在于：（Ⅰ）所述多孔碳材料是由金属铅以及多孔碳复合而成，铅的质量百分比为1~5%；（Ⅱ）所述多孔碳材料D50粒度为8±1.0μm，所述多孔碳材料的振实密度为≤0.2g/cc，所述多孔碳材料的比表面积为500~1000m2/g；（Ⅲ）所述多孔碳材料的通孔率≥60%，所述多孔碳材料的粉末电阻率≤30mΩcm。一种含铅、高导电多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将市售分析纯过氧化铅在100~120℃温度区间内边搅拌、边保温2~4h后，将表面活性剂溶于溶剂中制成浓度为1~5%溶液，在2~10MPa的压力下高压喷雾至过氧化铅颗粒表面，控制表面活性剂的质量为过氧化铅的1~3%，待溶剂挥发完全后，经冷却制得造孔剂A；S2、将树脂溶于有机溶剂，在搅拌下逐步加入造孔剂A形成浆料，浆料中树脂的质量百分比为10~30%，树脂与造孔剂的质量比为10：（0.5~2），搅拌均匀后，再经喷雾干燥、破碎、分级得到多孔碳前驱体B；S3、在氮气和/或氦气气氛下，将多孔碳前驱体加热至750~950℃，保温0.5~2h后自然冷却，最后经洗涤、打散、筛分、除磁得到最终产品。进一步的，一种含铅高导电多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将市售分析纯过氧化铅在100~120℃温度区间内边搅拌、边保温2~4h后，将表面活性剂溶于溶剂中制成浓度为1~5%溶液，在2~10MPa的压力下高压喷雾至过氧化铅颗粒表面，控制表面活性剂的质量为过氧化铅的1~3%，待溶剂挥发完全后，经冷却制得造孔剂A；S2、将树脂溶于有机溶剂，在搅拌下逐步加入造孔剂A形成浆料，浆料中树脂的质量百分比为10~30%，树脂与造孔剂的质量比为10：（0.5~2），搅拌均匀后，再经喷雾干燥、破碎、分级得到多孔碳前驱体B；S3、在氮气和/或氦气气氛下，将多孔碳前驱体加热至750~950℃，保温0.5~2h后自然冷却，最后经洗涤、打散、筛分、除磁得到最终产品。进一步的，步骤S1中，所述低残碳前驱体为只含C、H、O三种元素、残碳低值≤25%、不含苯环的高分子聚合物；所述表面活性剂为非离子表面活性剂。进一步的，步骤S1中，所述低残碳前驱体为聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种；所述表面活性剂为脂肪酸、硬脂酸、月桂酸中的一种或多种。进一步的，步骤S2中，所述高残碳前驱体为灰分≤0.1%、水分≤0.1%、固碳≥99.9%、残碳率≥80%的沥青。进一步的，步骤S2中，所述沥青为石油沥青、煤沥青、天然沥青的一种或多种。进一步的，步骤S2中，所述溶剂为分析纯级别的氮甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、煤油、苯、甲苯的一种或多种。实验发现，过氧化铅表面包覆非离子表面活性剂后，可以有效、均匀分散在树脂溶液中，在随后的热处理过程中，过氧化铅可以与树脂碳发生反应生成金属铅与一氧化碳，并在树脂碳颗粒中形成均匀的介孔。与现有技术相比，本专利技术所具有以下有益效果：1.本专利设计产品为金属铅和多孔碳复合而成的含铅、高导电多孔炭材料，材料的导电性远高于传统多孔碳。2.采用过表面修饰的氧化铅为造孔剂，活化过程不涉及液态强碱，因此加工工艺为绿色清洁工艺。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术不局限于这些实施例。实施例1（Ⅰ）市售分析纯过氧化铅在100~120℃温度区间内边搅拌、边保温4h后，将硬脂酸溶于乙醇中制成浓度为3%溶液，在3MPa的压力下高压喷雾至过氧化铅颗粒表面，控制表硬脂酸的质量为过氧化铅的1%，待溶剂挥发完全后，经冷却制得造孔剂A1；（Ⅱ）酚醛树脂溶于乙醇中配成树脂溶液，树脂质量占树脂溶液的20%，在搅拌下逐步加入造孔剂A1形成浆料，树脂与造孔剂的质量比为5：1。搅拌均匀后，再经喷雾干燥、破碎、分级得到多孔碳前驱体B1；（Ⅲ）氮气气氛下，将B1加热至800℃，保温0.5h后自然冷却，最后经洗涤、打散、筛分、除磁得到最终产品。实施例2（Ⅰ）市售分析纯过氧化铅在100~120℃温度区间内边搅拌、边保温2h后，将乙酸溶于水中制成浓度为1%溶液，在5MPa的压力下高压喷雾至过氧化铅颗粒表面，控制表乙酸的质量为过氧化铅的3%，待溶剂挥发完全后，经冷却制得造孔剂A2；（Ⅱ）酚醛树脂溶于异丙醇中配成树脂溶液，树脂质量占树脂溶液的30%，在搅拌下逐步加入造孔剂A2形成浆料，树脂与造孔剂的质量比为10：1。搅拌均匀后，再经喷雾干燥、破碎、分级得到多孔碳前驱体B2；（Ⅲ）氮气气氛下，将B2加热至950℃，保温2h后自然冷却，最后经洗涤、打散、筛分、除磁得到最终产品。对比例1#市售活性炭（日本产）；实施例与对比例的检测数据见下表：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含铅高导电多孔碳材料，其特征在于：（Ⅰ）所述多孔碳材料是由金属铅以及多孔碳复合而成，铅的质量百分比为1~5%；（Ⅱ）所述多孔碳材料D50粒度为8±1.0μm，所述多孔碳材料的振实密度为≤0.2g/cc，所述多孔碳材料的比表面积为500~1000m

【技术特征摘要】
1.一种含铅高导电多孔碳材料，其特征在于：（Ⅰ）所述多孔碳材料是由金属铅以及多孔碳复合而成，铅的质量百分比为1~5%；（Ⅱ）所述多孔碳材料D50粒度为8±1.0μm，所述多孔碳材料的振实密度为≤0.2g/cc，所述多孔碳材料的比表面积为500~1000m2/g；（Ⅲ）所述多孔碳材料的通孔率≥60%，所述多孔碳材料的粉末电阻率≤30mΩcm。2.一种含铅高导电多孔碳材料的制备方法，其特征在于：S1、将过氧化铅在100~120℃温度区间内搅拌、保温，再将表面活性剂溶于溶剂中高压喷雾至过氧化铅颗粒表面，待溶剂挥发完全后，经冷却制得造孔剂A；S2、将树脂溶于有机溶剂，边搅拌下边加入造孔剂A，形成浆料，搅拌均匀后，再经喷雾干燥、破碎、分级得到多孔碳前驱体B；S3、在保护气氛下，将多孔碳前驱体加热至750~950℃，然后冷却，最后经洗涤、打散、筛分、除磁，得到含铅高导电多孔碳材料。3.根据权利要求2所述的一种含铅高导电多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将市售分析纯过氧化铅在100~120℃温度区间内边搅拌、边保温2~4h后，将表面活性剂溶于溶剂中制成浓度为1~5%溶液，在2~10MPa的压力下高压喷雾至过氧化铅颗粒表面，控制表面活性剂的质量为过氧化铅的1~3%，待溶剂挥发完全后，经冷却制得造孔剂A；S2、将树脂溶于有机溶剂，在搅拌下逐步加入造孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，邵浩明，石珉滈，王志勇，皮涛，黄越华，余梦泽，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43