一种多功能整体多孔碳材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多功能整体多孔碳材料的制备方法，以纤维材料为原料，制备过程不需要添加粘结剂，充分保证材料的导电性。在压制前或压制后对材料进行改性或掺杂，实现材料催化功能的调控和电导率优化，丰富其应用领域；通过对纤维材料长径比、压制压力和时间的调节，实现孔径调控；采用冷冻干燥可制备纵向有竖直微米通道横向具有不规则孔隙的多孔微通道材料。在实际应用中，原材料价格便宜，材料制备过程简单，制作成本低，具有大规模的生产优势。势。势。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能整体多孔碳材料的制备方法


[0001]本专利技术提供了一种多功能整体多孔碳材料的制备方法。

技术介绍

[0002]碳材料因具有成本低、分布广泛、化学性质稳定、形貌可控、性能优越等特点，被广泛应用于各个领域，如电化学、催化、传感、吸附等。常用的碳材料包括石墨、碳毡、碳纳米管、金刚石、多孔碳、生物质碳等。碳材料应用在电化学水处理中，主要是将粉末碳和粘结剂混合然后涂覆在载体上，长期运行中可能会出现碳材料脱落的问题，同时粘结剂的添加将影响电极材料的电导率，由此制备的电极不具备流通电极所需的孔道多应用在序批式反应器中。块体材料可以利用模板法制备，制备的材料可以具有多级孔道结构，但人工合成块状多孔碳材料的工艺流程复杂，且成本较高，利用的模板难以去除干净，很难大规模工业化生产和实际利用。有专利以(CN 109607698 A)木板为原料经过高温碳化制备了大块多孔成型碳电极，制备的电极不需要添加聚合物等胶黏剂，同时电极具有微米级通道，但这种材料因原材料即为整体结构不易实现催化剂催化功能的调控、孔径调控、电导率优化，限制其应用领域。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能整体多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)材料的选取：选取的纤维材料为纤维含量在50～100％的植物纤维或蛋白质含量在30～99％的动物纤维；(2)材料的预处理：将步骤(1)选取的纤维材料经干燥，备用；(3)材料的成型：将纤维材料放置在可承受1
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200MPa压力的模具中，然后将模具放置在压片机上，压制5～30min；压片机给与模具的压力与纤维材料质量的关系为：0.1m+4.6≤P≤0.4m+16；其中，P代表压力机给与的压力，MPa；m代表纤维材料的质量，g；然后将压制成型的纤维生坯从模具中脱离出来；(4)纤维生坯的碳化：烘干纤维生坯内部的水分，然后将纤维生坯放置在碳化炉中，并在纤维生坯上放置大于纤维生坯10
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100倍质量的耐高温阻燃材料；碳化过程中保持惰性气体持续通入，气体流量为20～200ml/min；碳化过程以2
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10℃/min的升温速率开始升温，在400
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1400℃保温1
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4h，使纤维生坯完全碳化；形成的碳材料的厚度与压力的关系为：
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0.2P+7≤h≤
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0.1P+4，其中，P代表压力机给与的压力，MPa；h碳材料的厚度，mm；碳材料的孔隙大小与压力的关系为：其中，P代表压力机给与的压力，MPa；代表碳材料内部孔隙大小的厚度，μm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对纤维材料、纤维生坯或碳化后的纤维碳材料进行以下处理，包括酸处理、碱处理、元素掺杂、金属掺杂、单原子修饰、醇溶液处理、其他具有催化作用的固体材料掺入，上述处理为单一处理或多个处理顺序进行。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其他具有催化作用的固体材料的掺入，具体为：纤维材料或纤维生坯与具有催化作用的固体材料按质量比不大于1或按体积比不小于1进行混合；或在纤维材料外包覆有固体材料，固体材料的结构包括体积均小于制备成型的生坯体积的1/10或粉末。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，醇溶液处理：纤维材料或纤维生坯浸泡在醇溶液中；其中，纤维材料的纤维长度在1～20μm，醇/水体积比在0～1的范围内，使用的醇溶液的体积是纤维生坯或纤维生坯体积的1.5～3倍，当醇溶液全部进入后再停留10～30min，然后将制备好的坯体放在温度为
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【专利技术属性】
技术研发人员：于洪涛，顾雨薇，康文达，陈硕，全燮，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：