一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡及其制备方法和应用，属于储氢用混杂复合材料技术领域。本发明专利技术提供的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，包括：活性碳纤维毡基体；复合在所述活性碳纤维毡基体上的树脂基多孔碳涂层；以及，掺杂在所述树脂基多孔碳涂层中的中空玻璃微球。本发明专利技术制备得到的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡储氢容量控制在10‑45％范围内。本发明专利技术提供的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡将多种储氢方式进行有机结合，有效提高储氢装置的可循环利用和降低成本并提高储氢效率，因此具有良好的实际应用之价值。

An Activated Carbon Fiber Felt for Hydrogen Storage with Hybrid Hollow Glass Microspheres and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡及其制备方法和应用
本专利技术属于储氢用混杂复合材料
，具体涉及一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡及其制备方法和应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。在众多的新型能源中，氢能源由于具有资源丰富、无污染、可再生、能量密度高等优点，被认为是理想的能源。近年来，随着石油燃料短缺、环境要求严峻以及可持续发展的压力，氢能源的开发和利用显得日益重要，出于节能与环保的考虑，全球各个领域均在加大氢能源有效储存和应用的开发力度。有效的进行氢能源的储存，成为关键的科学问题。目前，文献报道的储氢技术很多，主要有：加压气态储氢、络合物储氢、玻璃微球储氢、碳质材料储氢等等。对比不同储氢方式的优缺点，同时考虑工业化实际应用和成本降低要求，目前玻璃微球储氢技术的储氢量大、价格相对便宜，而碳质材料储氢的运输方便，储氢量相对较大。而目前为了提高储氢装置的可循环利用和降低成本并提高储氢效率，尝试进行多种储氢方法的联合运用是发展的新思路。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡及其制备方法和应用，本专利技术的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡将多种储氢方式进行有机结合，有效提高储氢装置的可循环利用和降低成本并提高储氢效率，同时制备方法简单，因此具有良好的实际应用之价值。本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术的第一个方面，提供一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，包括：活性碳纤维毡基体；复合在所述活性碳纤维毡基体上的树脂基多孔碳涂层；以及，掺杂在所述树脂基多孔碳涂层中的中空玻璃微球。优选的，所述活性碳纤维毡基体表面孔径控制在不大于0.7nm，进一步优选控制在不大于0.55nm，更进一步优选控制在不大于0.45nm；所述树脂基多孔碳涂层厚度为0.1-10mm；所述中空玻璃微球粒度控制在10-250μm范围内，中空玻璃微球的壁厚在1-2μm范围内，其洛氏硬度在44-60HRC范围内，抗压强度在1.6-125MPa范围内；所述混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡储氢容量不小于10％，进一步优选为10％-45％。本专利技术的第二个方面，所述混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡按照以下方法进行制备：S1、以高性能预氧化碳纤维毡为原料，同步进行碳化和活化处理，制备具有孔隙结构适宜于储氢应用的活性碳纤维毡状结构体；S2、将混有玻璃微球粉体的有机树脂浸渍剂浸渍步骤S1制得的活性碳纤维毡状结构体；S3、对步骤S2制得产物进行高温碳化处理。本专利技术的第三个方面，上述混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡在制备储氢材料中的应用也在本专利技术的保护范围之内。本专利技术有益效果：本专利技术提供一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡及其制备方法和应用，本专利技术首先制备具有孔隙结构适宜于储氢应用的活性碳纤维毡状结构；之后采用含有中空玻璃微球的浸渍剂对活性碳纤维毡进行浸渍复合并经过碳化复合处理；通过控制掺杂中空玻璃微球的比例，调节最终活性碳纤维毡单丝纤维内部的玻璃微球覆盖掺杂比例，从而形成一种中空玻璃微球、多孔树脂碳与活性碳纤维毡单丝多孔结构的混杂储氢吸附结构，最终制备得到的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡储氢容量控制在10-45％范围内。本专利技术将两种储氢方式进行有机结合，有效提高储氢装置的可循环利用和降低成本并提高储氢效率，因此具有良好的实际应用之价值。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例1中的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳毡结构示意图，其中1为活性碳纤维内部单丝结构，在单丝结构表面附着多孔树脂碳2和中空玻璃微球3。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应理解，本专利技术的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本专利技术实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本专利技术的保护范围。如前所述，为了提高储氢装置的可循环利用和降低成本并提高储氢效率，尝试进行多种储氢方法的联合运用是发展的新思路。有鉴于此，本专利技术的一个具体实施方式中，提供一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，包括：活性碳纤维毡基体；复合在所述活性碳纤维毡基体上的树脂基多孔碳涂层；以及，掺杂在所述树脂基多孔碳涂层中的中空玻璃微球。本专利技术的又一具体实施方式中，所述活性碳纤维毡基体表面孔径控制在不大于0.7nm，进一步优选控制在不大于0.55nm，更进一步优选控制在不大于0.45nm；本专利技术的又一具体实施方式中，所述树脂基多孔碳涂层厚度为0.1-10mm；本专利技术的又一具体实施方式中，所述中空玻璃微球粒度控制在10-250μm范围内，中空玻璃微球的壁厚在1-2μm范围内，其洛氏硬度在44-60HRC范围内，抗压强度在1.6-125MPa范围内；本专利技术的又一具体实施方式中，所述混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡储氢容量不小于10％，进一步优选为10％-45％。在本申请的某些实施例中，所述混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡按照以下方法进行制备：S1、以高性能预氧化碳纤维毡为原料，同步进行碳化和活化处理，制备具有孔隙结构适宜于储氢应用的活性碳纤维毡状结构体；S2、将混有玻璃微球粉体的有机树脂浸渍剂浸渍步骤S1制得的活性碳纤维毡状结构体；S3、对步骤S2制得产物进行高温碳化处理。本专利技术的又一具体实施方式中，所述步骤S1中，高性能预氧化纤维毡可选用PAN基预氧化纤维毡体，预氧化毡内部的单丝纤维的抗拉强度在300MPa以上，抗拉模量在1.5GPa以上，纤维体密度在1.4g/cm3以上，纤维含碳量不低于60％；所述碳化和活化处理具体方法包括：通入高纯度氮气，其纯度在99.99999％以上，通入压力不低于0.2Mpa进行保护处理；加热碳化升温速率控制在2-20℃/min范围内，碳化温度控制在1300-1500℃范围内，在碳化温度下通入水蒸气的速率控制在2-15g/min，活化时间控制在15-50min，活化处理完成后，在氮气保护下的冷却温度控制在150-200℃范围内。最终得到的碳毡纤维的表面孔径控制在0.6-0.7nm范围内。本专利技术的又一具体实施方式中，所述步骤S2中，所述中空玻璃微球主成分为硼酸盐原料，粒度控制在10-250μm范围内，玻璃微球的壁厚为1-2μm范围，其洛氏硬度在44-60HRC范围内，抗压强度在1.6-125MPa范围内。所述有机树脂浸渍剂中选用的有机树脂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、石油沥青或煤沥青中的任意一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，包括：活性碳纤维毡基体；复合在所述活性碳纤维毡基体上的树脂基多孔碳涂层；以及，掺杂在所述树脂基多孔碳涂层中的中空玻璃微球。

【技术特征摘要】
1.一种混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，包括：活性碳纤维毡基体；复合在所述活性碳纤维毡基体上的树脂基多孔碳涂层；以及，掺杂在所述树脂基多孔碳涂层中的中空玻璃微球。2.如权利要求1所述的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述活性碳纤维毡基体表面孔径控制在不大于0.7nm，进一步优选控制在不大于0.55nm，更进一步优选控制在不大于0.45nm。3.如权利要求1所述的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述树脂基多孔碳涂层厚度为0.1-10mm。4.如权利要求1所述的混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡，其特征在于，所述中空玻璃微球粒度控制在10-250μm范围内，中空玻璃微球的壁厚为1-2μm范围，洛氏硬度在44-60HRC范围内，抗压强度在1.6-125MPa范围内。5.权利要求1-4任一项所述混杂中空玻璃微球的储氢用活性碳纤维毡的制备方法，其特征在于，包括：S1、以高性能预氧化碳纤维毡为原料，同步进行碳化和活化处理，制备具有孔隙结构适宜于储氢应用的活性碳纤维毡状结构体；S2、将混有玻璃微球粉体的有机树脂浸渍剂浸渍步骤S1制得的活性碳纤维毡状结构体；S3、对步骤S2制得产物进行高温碳化处理。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，高性能预氧化纤维毡选用PAN基预氧化纤维毡体，预氧化毡内部的单丝纤维的抗拉强度在300MPa以上，抗拉模量在1.5GPa以上，纤维体密度在1.4g/cm3以上，纤维含碳量不低于60％；优选的，所述碳化和活化处理具体方法包括：通入高纯度氮气，其纯度在99.99999％以上，通入压力不低于0.2Mpa进行保护处理；加热碳化升温速率控制在2-20℃/min范围内，碳化温度控制在1300-...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔琨，朱波，曹伟伟，虞军伟，于丽媛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37