【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体分离膜，涉及一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法及其在低浓度混氢气体提纯中的应用。
技术介绍
1、氢气作为一种可再生能源，被广泛应用于合成氨、石油炼制以及半导体生产和燃料电池行业中。目前制取氢气的方式主要有化石能源制氢，工业副产氢以及甲醇或氨裂解制氢。然而，上述制氢方式获得的通常是低浓度且含有大量杂质气体的混氢气体，根据不同的用氢场合，混氢气体需要进一步提纯后方可使用。因此开发高效、高选择性的氢气分离技术引起了人们的极大兴趣。与传统的物理吸附、化学吸附相比，膜分离技术拥有操作简单、成本低、环境友好等优点。
2、炭膜作为新型、高效、节能的无机分离膜，具有高比表面积、高热稳定性及可再生等优点，其适宜的孔隙结构，特别适合对气体混合物中的小分子气体进行分离。已经公开的中国专利cn116571098a将铸膜液纺丝后经炭化制成纤维炭膜，氢气的渗透量高达2179gpu，但是氢气/氮气的分离选择性较低(<7.5)，并且所制备的炭膜没有支撑体，容易破损而导致性能下降。centeno等在孔径为20nm的多孔载体上涂覆酚醛树脂溶液，经炭化制备的炭膜具有分子筛分作用。这种工艺提高了炭膜的分离选择性，但损失了氢气的渗透量(j.membr.sci.2004,228:45-54.)。janice b.s.hamm等综述了多孔载体在提高炭膜的机械强度方面起着重要作用(int.j.hydrog.energy,2017,42:24830-24845.)，但是现有技术中没有涉及多孔载体自身的分离性能。在低浓度气体分离中，尤其是低浓度混
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，本专利技术的目的之二在于实现低浓度混氢气体中氢气的提纯，同时兼顾高氢气渗透量和高分离选择性。本专利技术的多孔炭载体选用成型生物质为前驱体的多孔炭或成型酚醛树脂为前驱体的型炭，制膜工艺选用刮涂或旋涂法，炭化气氛选用惰性气体气氛或比例可调控的还原性气体/惰性气体混合气氛，调控炭化气氛可直接改变膜前驱体和成型生物质或成型酚醛树脂的热解方式，调控了多孔炭载体的介孔的孔径，实现多孔炭载体对低浓度氢气的预提纯。同时促进炭膜中碳微晶的生成、堆积，由此形成的超微孔用于氢气提纯。该专利技术的优异效果：利用多孔炭载体的预提纯功能不仅可以解决渗透量与选择性权衡的难题，还可以解决利用炭膜把低浓度氢气一步提纯到高浓度的难点，节约成本、提高经济效益。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，包括下述步骤：
4、(1)将含羰基芳香族化合物、含羟基芳香族化合物与含胺基芳香族化合物依次加入醇水混合溶剂中；
5、(2)将步骤(1)配制的溶液置于密闭容器中，将密闭容器加热至60-150℃，并保持5-170h，冷却取出反应液；
6、(3)采用刮涂或旋涂法把步骤(2)获得反应液涂覆在以成型生物质或成型酚醛树脂为基底的材料表面；
7、(4)将步骤(3)得到的复合材料置于烘箱中，加热至60-120℃，共聚合老化1-4h；
8、(5)将步骤(4)得到的材料置于炭化炉中，在惰性气体或还原性气体与惰性气体的混合气中炭化得到多孔炭载体负载炭膜；所述炭化温度500-1200℃，炭化时间为1-5h。
9、步骤(1)中，所述的含羰基芳香类化合物选自苯甲醛、间苯二甲醛、均苯三甲醛和苯乙醛中的一种或多种。
10、步骤(1)中，所述的含羟基芳香类化合物选自间苯二酚、苯酚、均苯三酚、和水杨醇中的一种或多种。
11、步骤(1)中，所述的含胺基芳香类化合物选自苯胺、间苯二胺和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯中的一种或多种。
12、步骤(1)中，所述醇水混合溶剂为乙醇和水的混合溶剂、甲醇和水的混合溶剂、苯甲醇和水的混合溶剂或异丙醇和水的混合溶剂。
13、步骤(1)中，含羰基芳香类化合物：羟基芳香类化合物：含胺基化合物的摩尔比为(1-10):(1-10):(1-10)；醇与水体积比为(1-500):(1-500)。
14、步骤(3)中，所述的基底为成型酚醛树脂。
15、多孔炭载体的孔径集中分布在5.0-6.3nm。
16、步骤(3)中，采用刮涂法进行涂覆。
17、步骤(4)中，所述的烘箱温度为80-100℃；共聚合老化的时间为2h。
18、步骤(5)中，所述混合气中还原性气体与惰性气体的体积比为1:99-99:1。
19、步骤(5)中，所述的惰性气氛优选为氩气，还原性气体与惰性气体的混合气为氢气/氩气的混合气。
20、本专利技术还提供一种多孔炭载体负载炭膜在低浓度混氢气体中氢气提纯的应用。
21、本专利技术的有益效果：本专利技术以成型生物质或成型酚醛树脂为基底，在基底表面涂覆有机分子反应液，通过共聚合老化、炭化得到多孔炭负载的炭膜。该多孔炭载体具有贯通的传质通道和筛分通道，同时表面生长有功能筛分层。具体地，以成型酚醛树脂为基底为例，利用酚醛树脂表面丰富含氧官能团与有机分子(炭膜前驱体)之间的氢键作用，通过共聚合老化的方式，在酚醛树脂顶部生长一层致密的高分子聚合物材料，通过随后的炭化工艺直接制备得到多孔炭负载的炭膜。该多孔炭载体保留了酚醛树脂型炭的框架结构，具有贯通的传质通道和筛分通道，表现出对低浓度氢气的预提浓效果，同时表面生长有功能筛分层，可以进一步把氢气提纯至高纯氢。本专利技术提供的制备方法具有拓展性，所制备多孔炭载体负载炭膜在气体分离、催化新材料、整体式电极等领域有着广泛的应用潜能和市场前景。
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1.一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
2.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含羰基芳香类化合物选自苯甲醛、间苯二甲醛、均苯三甲醛和苯乙醛中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含羟基芳香类化合物选自间苯二酚、苯酚、均苯三酚、和水杨醇中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含胺基芳香类化合物选自苯胺、间苯二胺和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述醇水混合溶剂为乙醇和水的混合溶剂、甲醇和水的混合溶剂、苯甲醇和水的混合溶剂或异丙醇和水的混合溶剂。
6.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，含羰基芳香类化合物：羟基芳香类化合物：含胺基化合物的摩尔比为(1-10):(1-10):(1-1
7.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述混合气中还原性气体与惰性气体的体积比为1:99-99:1。
8.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：所述的多孔炭载体的孔径集中分布在5.0-6.3nm。
9.一种权利要求1所述的制备方法得到的多孔炭载体负载炭膜在低浓度混氢气体中氢气提纯的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
2.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含羰基芳香类化合物选自苯甲醛、间苯二甲醛、均苯三甲醛和苯乙醛中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含羟基芳香类化合物选自间苯二酚、苯酚、均苯三酚、和水杨醇中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的含胺基芳香类化合物选自苯胺、间苯二胺和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种多孔炭载体负载炭膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述醇水混合溶剂为乙醇...
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