[发明专利]一种树脂基炭微球吸附材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种树脂基炭微球吸附材料的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

多孔树脂基炭微球是一种广泛应用于吸附和储存领域的炭材料，并在超级电容器材料、锂离子电池、催化等方面有着巨大潜在的应用前景。

自从中间相炭微球发明以来，人们不断致力于利用各种原料制备炭微球的研究。由沥青制备炭微球必须经历一个沥青球的氧化不熔化过程，耗时耗能，且往往存在球形度差、比表面积难以控制等问题。

中国专利ZL98115717.3利用线型热塑性酚醛树脂为原料，通过成球之前加入固化剂，省掉了以沥青为原料制备沥青基球形活性炭的氧化不熔化过程，达到能耗降低的目的，并得到粒径在2mm左右且分布均匀的酚醛树脂基球形活性炭。具体步骤为：先将线型酚醛树脂与固化剂混合后，制成块状混合物，再粉碎至1.25-2.5mm，得到原料树脂；将原料树脂分散到含有分散剂的分散液中，乳化成球；将制成的球在惰性气体保护下进行炭化并用水蒸汽或二氧化碳进行活化，得到酚醛树脂基球形活性炭。但所涉及的方法由于与固化剂、致孔剂与酚醛树脂的混合、破碎、筛分有十分密切的关系，因此损耗大、成本高；而且球体直径大，必须增加扩散过程，影响使用效果。

北京化工大学刘先龙等人以中间相沥青炭微球为核、酚醛树脂热解炭为壳，采用浸渍-固化-炭化手段制备树脂热解炭包覆的炭/炭复合微球材料，改进了酚醛树脂热解炭作为电极材料的电压滞后问题。但由于采用酚醛树脂的甲醇溶液，且炭化样品需进行粉碎处理和筛分，存在成本高、能耗大、污染重、损耗多等问题。

中国专利CN 1247212A以线型酚醛树脂为原料，通过在成球之前加入造孔剂有机金属化合物和固化剂的方法制备出中孔酚醛树脂基球形活性炭。具体步骤为：(1)将线型酚醛树脂、造孔剂和固化剂在有机溶剂中混合，得到固态混合物，固态混合物经粉碎至0.45-1.25mm得到原料树脂；(2)将原料树脂按一定比例加入到分散液中，在匀速搅拌下缓慢升温到90-130℃形成树脂微球，其中分散液是分散剂与分散介质按一定比例配成的；(3)将树脂微球进行炭化活化，即得到酚醛树脂基球形活性炭。此法同样不可避免地存在成本高、能耗大、污染重、损耗多等问题。

中国专利ZL 01122693.5将六次甲基四胺与酚醛树脂配成甲醇溶液，然后向溶液中添加一定量的五氧化二磷，将溶液加热回流、搅拌一定时间，再将溶液进行干燥处理，热固化，最后将热固化样品在惰性气氛下升温炭化，最后研磨得到酚醛树脂炭产品。此法也必须经过研磨得到目标产品。

中国科学院山西煤炭化学研究所的王芙蓉等人采用将酚醛树脂乙醇溶液和表面活性剂均匀混合后直接加热成球的方法，并以水蒸气为活化剂(用量为氮气量的40％)，在800℃下活化1h，可得到具有良好循环充放电性能的、比电容143F/g、充放电效率98％的酚醛树脂活性炭微球。但此法采用乙醇溶解和表面活性剂来获取酚醛树脂基球，增加了不必要的成本。

中国专利200410016702.5将甲阶酚醛树脂的乙醇溶液与表面活性剂的水溶液混合，形成均匀的乳状液，然后在0.1～1.5MPa的压力下和100～150℃的温度下，搅拌固化0.5～5小时，获得酚醛树脂微球，再进行固化、炭化而得到酚醛树脂基炭微球。此方法由于为了获得微球形酚醛树脂基体，需要额外添加表面活性剂及一定压力等，造成不必要的成本增加。

中国专利200610038065.0先将粉碎至粒径小于0.5mm的固体酚醛树脂与固化剂混合，再与活化剂KOH混合研磨，最后进行预活化、活化等而制得的。此方法由于涉及到粉碎等，存在损耗大、成本高的缺点。

综上所述，采用树脂作为前驱体制备炭材料已有相关的专利及文章报道。但它们共同的特点是：树脂需先溶解在适当的溶剂中，如水、甲醇、乙醇等，再加入固化剂和活化剂或其他辅助试剂后，再脱除溶剂，将得到的混合物粉碎，最后才进行炭化，或炭化后再进行粉碎。或采用普通的高分子乳液聚合法，其缺点是要除去溶剂，将固体磨碎后再溶解。因此，这些方法操作过程复杂，尤其粉碎步骤中存在产品损失大、产品粒度控制困难等缺点，且对环境的污染程度(包括噪音污染)加剧。而简化制备工艺，降低生产成本以及粒径、粒状的控制是酚醛树脂炭微球走向市场的关键和难点。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备方法简单易行、快速，炭微球粒径均匀，产物粒度、比表面积可控的树脂基炭微球吸附材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种树脂基炭微球吸附材料的制备方法，包括如下步骤：