一种煤基纳米多孔碳及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种煤基纳米多孔碳的制备方法，包括以下步骤：用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料后与共轭双烯体混合，再加热回流进行加成反应，得到煤加成反应产物后用氯仿浸取，再将得到的煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，得到煤基纳米多孔碳。本发明专利技术中除杂煤原料与共轭双烯体的加热回流，削弱或去除了煤结构中π‑π键的作用，使煤结构可以溶解在氯仿中，进而得到煤基氯仿可溶物，再与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，最终得到了煤基纳米多孔碳。实施例的结果显示，采用本发明专利技术的制备方法制得的煤基纳米多孔碳的比表面积为2740.9m

【技术实现步骤摘要】
一种煤基纳米多孔碳及其制备方法
本专利技术涉及多孔碳材料
，尤其涉及一种煤基纳米多孔碳及其制备方法。
技术介绍
煤是地球上储量最丰富的能源，也是制备焦以及各类化学品的主要原料。我国作为世界上第一产煤和用煤大国，传统煤加工转化技术如煤燃烧供热、干馏炼焦、液化制油等技术已趋成熟。因此，许多研究者致力于研究将煤用于制备各种纳米碳材料，如碳纳米管、石墨烯、碳包覆材料等。但是，煤的结构较为复杂，对于煤分子结构的基本共识是：煤结构主体是三维空间高度交联的非晶质聚合物，其大分子结构是由许多结构相似而又不完全相同的基本结构单元聚合而成。并且，从分子间结合键型来看，煤中既有共价键，又有非定域键和分子间的色散力。因此，需打破煤原有的各种结构，使碳原子重新组合，才可形成纳米碳结构，这使得利用煤直接制备碳纳米材料往往需要高耗能过程，进而限制了煤的高值化应用，而以煤为原料制备煤基纳米多孔碳更是鲜有报道。现有技术中一般是以煤沥青作为原料来制备多孔碳材料，煤沥青为煤焦油的主要成分，其主要成分为多环、稠环芳烃及其衍生物，如专利CN106571239A中以煤沥青为原料，由生物质碳酸钙活化，经高温煅烧后制备出了分级多孔炭电极材料，但采用该方法得到的多孔炭材料比表面积较小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤基纳米多孔碳及其制备方法，本专利技术提供的煤基纳米多孔碳具有大比表面积和小孔径，且具有优异的吸波性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种煤基纳米多孔碳的制备方法，包括以下步骤：(1)用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料；(2)将所述步骤(1)得到的除杂煤原料与共轭双烯体混合后加热回流，进行加成反应得到煤加成反应产物；(3)将所述步骤(2)得到的煤加成反应产物用氯仿浸取，得到煤基氯仿可溶物；(4)将所述步骤(3)得到的煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，得到煤基纳米多孔碳。优选地，所述步骤(2)中的共轭双烯体包括2-呋喃甲胺、2-噻吩甲胺、2-呋喃甲醇或2-噻吩甲醇。优选地，所述步骤(2)中除杂煤原料的质量与共轭双烯体的体积比为(2～3)g：(3～6)mL。优选地，所述步骤(2)中加热回流的温度为80～150℃。优选地，所述步骤(2)中加热回流的时间为5～20d。优选地，所述步骤(4)中煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾的质量比为(0.2～0.4)：(0.2～0.8)：(0.4～2.4)。优选地，所述煅烧包括依次进行的低温煅烧和高温煅烧；所述低温煅烧的温度为150～200℃；所述高温煅烧的温度为800～1200℃。优选地，所述低温煅烧和高温煅烧的时间独立地为1～3h。优选地，升温至所述低温煅烧和高温煅烧的温度的速率独立地为5～10℃/min。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的煤基纳米多孔碳。本专利技术提供了一种煤基纳米多孔碳的制备方法，包括以下步骤：用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料；将得到的除杂煤原料与共轭双烯体混合后加热回流，进行煤加成反应得到煤加成反应产物；将得到的煤加成反应产物用氯仿浸取，得到煤基氯仿可溶物；将得到的煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，得到煤基纳米多孔碳。本专利技术以煤为原料，先通过萃取去除煤中的灰分及矿物质等杂质，再与共轭双烯体加热回流，削弱或去除煤结构中π-π键的作用，使得煤结构可以溶解在氯仿中，进而得到煤基氯仿可溶物，最后以纳米氧化镁为模板剂，氢氧化钾为活化剂，将得到的煤基氯仿可溶物进行煅烧，在纳米氧化镁与氢氧化钾的作用下，大量纳米级孔状结构在煤结构中出现，进而增加了多孔碳材料的比表面积。实施例的结果显示，采用本专利技术的制备方法制得的煤基纳米多孔碳的比表面积为2740.9m2/g，孔径为0.5～5nm，且具有优异的吸波性能。附图说明图1为本专利技术的反应原理图；图2为本专利技术实施例2中加成反应的过程图；图3为本专利技术实施例1制得的煤基多孔碳的SEM图；图4为本专利技术实施例1制得的煤基多孔碳的TEM图；图5为本专利技术实施例1制得的煤基多孔碳的吸波性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种煤基纳米多孔碳的制备方法，包括以下步骤：(1)用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料；(2)将所述步骤(1)得到的除杂煤原料与共轭双烯体混合后加热回流，进行加成反应得到煤加成反应产物；(3)将所述步骤(2)得到的煤加成反应产物用氯仿浸取，得到煤基氯仿可溶物；(4)将所述步骤(3)得到的煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，得到煤基纳米多孔碳。本专利技术用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料。本专利技术对所述煤原料的种类及来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的各种煤即可。在本专利技术中，所述煤原料优选包括无烟煤、褐煤或烟煤。在本专利技术中，所述煤原料的粒径优选为≤74μm。当所述煤原料的粒径不符上述要求时，本专利技术优选将所述煤原料依次进行破碎和过筛。本专利技术对所述破碎和过筛的操作没有具体的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。本专利技术对所述煤原料与水的混合液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合液的技术方案即可。在本专利技术中，所述煤原料的质量与水的体积比优选为(4～8)g：(20～40)mL，更优选为(4～6)g：(20～30)mL。在本专利技术中，所述煤原料与水的混合优选在研磨的条件下进行。在本专利技术中，所述研磨的时间优选为2～4h，更优选为2～3h；所述研磨的方式优选为球磨。在本专利技术中，所述环己酮与混合液的体积比优选为1:1～10:1，更优选为1:1～5:1。本专利技术用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，以去除煤中含有的无机杂质，如灰分及矿物质等。在本专利技术的具体实施例中，所述环己酮的用量优选为100mL。萃取完成后，本专利技术优选将所述萃取后的产物依次进行烘干和研磨，得到除杂煤原料。本专利技术对所述烘干和研磨的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的烘干和研磨的技术方案即可。在本专利技术中，所述烘干的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃；所述烘干的时间优选为10～14h，更优选为12～13h。在本专利技术中，所述研磨的时间优选为2～4h，更优选为2～3h。得到除杂煤原料后，本专利技术将所述除杂煤原料与共轭双烯体混合后加热回流，进行加成反应得到煤加成反应产物。本专利技术中除杂煤原料与共轭双烯体加热回流进行加成反应的原理如图1所示，除杂煤原料作为亲双烯体，与共轭双烯体发生加成反应。在本专利技术中，所述共轭双烯体优选包括2-呋喃甲胺、2-噻吩甲胺、2-呋喃甲醇或2-噻吩甲醇，更优选为2-呋喃甲胺或2-噻吩甲胺。当所述共轭双烯体为2-呋喃甲胺或2-噻吩甲胺时，本专利技术优选将所述的除杂煤原料与氢氟酸溶液混合，经烘干和研磨后，再与共轭双烯体混合后进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤基纳米多孔碳的制备方法，包括以下步骤：/n(1)用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料；/n(2)将所述步骤(1)得到的除杂煤原料与共轭双烯体混合后加热回流，进行加成反应得到煤加成反应产物；/n(3)将所述步骤(2)得到的煤加成反应产物用氯仿浸取，得到煤基氯仿可溶物；/n(4)将所述步骤(3)得到的煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，得到煤基纳米多孔碳。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤基纳米多孔碳的制备方法，包括以下步骤：
(1)用环己酮对煤原料与水的混合液进行萃取，得到除杂煤原料；
(2)将所述步骤(1)得到的除杂煤原料与共轭双烯体混合后加热回流，进行加成反应得到煤加成反应产物；
(3)将所述步骤(2)得到的煤加成反应产物用氯仿浸取，得到煤基氯仿可溶物；
(4)将所述步骤(3)得到的煤基氯仿可溶物与纳米氧化镁、氢氧化钾混合后进行煅烧，得到煤基纳米多孔碳。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的共轭双烯体包括2-呋喃甲胺、2-噻吩甲胺、2-呋喃甲醇或2-噻吩甲醇。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中除杂煤原料的质量与共轭双烯体的体积比为(2～3)g：(3～6)mL。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热回流的温度为80～150℃。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈国华，黄雅竟，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35