[发明专利]官能团定向分布的有序分级孔碳材料及其制备方法和在烟气脱硫中的应用

权利要求书

1.官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，分级孔碳材料二维六方有序中孔结构，平均孔径在3.2nm至4.8nm，孔容不低于0.25cm³/g，达0.32cm³/g；微孔比表面积平均为450—485m²/g；表面氮的原子百分含量平均为2—5％，同时保持原有中孔的有序性；含氧官能团的含量平均为0.12—0.15mmol/g；按照下述步骤进行：

步骤1，以乙氧基-丙氧基形成的两性三嵌段聚合物为模板剂，将酚醛树脂溶液与模板剂的乙醇溶液混合均匀，将溶液置于表面皿中室温20—25摄氏度下静置至乙醇全部蒸发，在90—100摄氏度下静置20—24小时，得到中孔聚合物，其中酚醛树脂和模板剂的质量比为(2：3)—(3：2)，以乙氧基-丙氧基形成的两性三嵌段聚合物由两性三嵌段聚合物P123和两性三嵌段聚合物F127组成，两者质量份的比例为1：(1—3)，即两性三嵌段聚合物P123的用量为1质量份，两性三嵌段聚合物F127的用量为1—3质量份；

步骤2，将步骤1制备的中孔聚合物在氮气气氛下，自室温20—25摄氏度以1—3℃/min升温至800—900℃保温进行碳化1—5小时，得到有序中孔碳材料；保持炉温800—900℃不变，将氮气气氛切换为NH₃和N₂混合气气氛进行活化，得到微孔-中孔分级碳结构，且微孔表面富含含氮官能团；

步骤3，活化结束后，切换为向反应装置中输送氮气并自然降温至250-350℃，关闭输送氮气气氛，保持向反应装置中输送空气并保温1—5小时，以使在中孔表面增加极性含氧官能团，之后在空气气氛中自然降至室温20—25摄氏度，即得到官能团定向分布的微孔-中孔有序碳材料。

2.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤1中，酚醛树脂溶液按照下述步骤进行制备：将40—45质量份苯酚在45—50℃下溶化，加入8—10质量份的质量百分数为20％的NaOH水溶液，搅拌均匀后滴加质量百分数37％的甲醛的水溶液，苯酚和甲醛的摩尔比为(1—1.2)：3；将苯酚和甲醛的混合液在85—90℃反应1—2h，而后冷却到室温20—25摄氏度，使用质量百分数20％的HCl水溶液将混合液pH值调至7.0，将混合液在旋转蒸发仪中干燥，得到酚醛树脂低聚物，加入无水乙醇配置成质量百分数为15—20％的酚醛树脂溶液。

3.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤2中，以1—3℃/min升温至800—850℃保温进行碳化2—3小时，得到有序中孔碳材料；保持炉温800—850℃不变，将氮气气氛切换为NH₃和N₂混合气气氛进行活化，NH₃体积百分数为25％-75％。

4.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤2中，连续向反应装置中输送氮气，氮气输送速度为400—500ml/min，以使整个反应装置系统在氮气气氛之下，再进行升温；碳化后保持炉温不变，切换为向反应装置中输送NH₃和N₂混合气，输送速度为400—500ml/min，在输送NH₃和N₂混合气的过程中对有序中孔碳材料进行活化，活化时间40-100min。

5.根据权利要求1所述的官能团定向分布的有序分级孔碳材料，其特征在于，在步骤3中，输送氮气的速度为400—500ml/min，输送空气的速度为400—500ml/min。