[发明专利]氧化镁模板协同氢氧化钾活化制备多孔炭材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于炭材料与微波化学技术领域，具体涉及一种氧化镁模板协同氢氧化钾活化制备多孔炭材料的方法。

背景技术

多孔炭具有发达的孔隙结构和特殊的表面化学特性，在冶金、化工、能源和环保等领域有着广泛的应用。多孔炭的生产和应用历史悠久，是超级电容器最早采用的电极材料。生产多孔炭的原料主要有煤、石油和生物质等。煤沥青为煤焦油加工过程中的副产物，我国煤沥青产量很大，且现有的煤沥青大多是中温沥青。中温沥青中含有不饱和芳香烃，在空气中氧、水、阳光、紫外线的作用下老化比石油沥青快，且中温煤沥青中含有的对人体有害成分较石油沥青多，因此，中温煤沥青在高级公路等城市建设中的应用受限制。中温煤沥青灰分低，价格低廉，如果能利用中温煤沥青来生产多孔炭，将有利于扩大中温煤沥青的用途，降低多孔炭的生产成本。

采用模板法或化学活化法可以由煤沥青制备多孔炭。模板法中主要采用二氧化硅等硬模板法，硬模板的去除需要氢氟酸洗涤，导致硬模板工艺对环境污染严重。化学活化法中主要以氢氧化钾、碳酸钾、磷酸和氯化锌为活化剂，采用普通的管式炉进行加热。常规化学活化法不仅加热时间长，能耗高，且所用的活化剂比例较大，洗涤废水造成的污染严重，成本高。探索由氧化镁模板协同氢氧化钾活化中温煤沥青制备电化学电容器用多孔炭材料具有环保和节约资源双重意义。

专利200910043229.2公布了一种储能用多孔炭材料的制备方法。该方法以平均孔径为6nm、比表面积为1100m²/g的二氧化硅为模板，中间相沥青为碳源，沥青和二氧化硅研磨混匀后放入电炉中，在氮气保护下，以5℃/min的升温速率将电炉升温至300℃后保温8h，然后以10℃/min的升温速率将电炉升温至900℃后保温1h，最后在氮气保护下冷却至室温；用30%的氢氟酸去除二氧化硅模板、水洗、过滤后，在100℃干燥，制得的多孔炭的比表面积为600m²/g，平均孔径为5.0nm，多孔炭的比容达220F/g。专利03178572.7公布了一种富含中孔的沥青基球状活性炭的制备方法。该方法是以软化点为105℃的沥青为原料，在300℃下氧化制备软化点为250℃的沥青。在270℃下加入15%的萘后降温到180℃，加入2%的热固性酚醛树脂，1%的分散剂聚乙烯醇，搅拌均匀；在1%的聚乙烯醇水溶液中加入5%的成球沥青，在搅拌状态下升温至200℃，冷却后制得成球沥青；将沥青原球在空气中以0.5℃/min的升温速率升温至300℃得到不熔化球，在活化反应器中将不熔化沥青球以10℃/min的速率升温至850℃炭化，同时通入水蒸气活化，制得的球状活性炭的比表面积为1198m²/g，总孔容为0.79cm³/g，非微孔孔容为0.32cm³/g，非微孔孔容的比例为40%。专利98123530.1公布了一种中孔沥青基球状活性炭的制备方法。该方法是将一次活化制得的具有一定比表面积的沥青基球状活性炭在氯化亚铁和氯化钴等金属化合物的溶液中浸渍和干燥后，在800-1000℃下用水蒸气或者二氧化碳进行二次活化，制得的活性炭比表面积在1048-1650m²/g之间，中孔孔径集中在2-4nm之间，总孔容介于0.22-0.58cm³/g之间，中孔孔容的比例达到70%。专利200810037093.X公布了一种高碳收率沥青基球形活性炭的制备方法。该方法通过将不熔化沥青球与化学活化剂氯化锌或磷酸溶液混匀，然后加热至300-800℃进行炭化、活化，经酸洗、水洗后制得沥青基球形活性炭，所得活性炭的比表面积介于1100-1320m²/g之间，总孔容介于0.54-0.63cm³/g之间，活性炭收率介于32-90%之间。