[发明专利]具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭膜及其制备方法

权利要求书

1.具有吸附/电催化/膜分离三重功能的炭膜的制备方法，其特征在于：

所述方法包括炭膜基体制备、炭膜性能调控的步骤，其中，所述炭膜性能调控包括电催化功能调控和膜分离功能调控的步骤，其中，

所述电催化功能调控：可通过下述两种方式之一进行：

a、非均相吸附担载：将炭膜基体浸渍于催化剂前驱体溶液中，吸附饱和后取出干燥，置于炭化炉中，惰性气氛保护下400~800℃烧结固载，

其中，所述催化剂前驱体为氯化铁、硝酸铁、氯化铜、硝酸铜、氯化钴、硝酸钴、醋酸钴、硝酸镍、醋酸镍、氯化镍、氯化锡、乙酸锡、硝酸银、四氯化钛、钛酸四丁酯、异丙钛醇、氯金酸、氯铂酸中的一种或多种；

b、均相混合担载：在炭膜基体制备步骤中，在调配炭膜基体原料时，将催化剂前驱体直接加入粉料混合物中，再进行炭膜基体的制备，

其中，所述催化剂前驱体为粉末状二氧化钛、氧化镍、氧化钴、氧化锌、氧化铜、氧化铁、四氧化三铁、氧化锰、氧化锡中的一种或多种；

所述非均相吸附担载或均相混合担载中，所述的催化剂前驱体与多孔炭的质量之比为1~15：100；

所述膜分离功能调控：将炭膜原膜或炭膜基体浸渍于5%~15%的铸膜液中1~20min，匀速取出后干燥，置于炭化炉中，惰性气氛保护下400~900℃炭化，所述惰性气氛为氮气或氩气；

当所述电催化功能调控方式为非均相吸附担载时，先进行膜分离功能调控，再进行非均相吸附担载；

当所述电催化功能调控方式为均相混合担载时，先进行均相混合担载，再进行膜分离功能调控；

所述炭膜性能调控包括吸附功能调控的步骤，具体为：

吸附功能调控：将炭膜基体置于活化炉中，以2~10℃/min升温速率升至600~1000℃，按50~200ml/min的流量通入活化剂，活化10~120min，其中活化剂为水蒸气、二氧化碳和空气中的一种或多种；

所述炭膜由炭膜基膜和分离层构成，所述炭膜集吸附、电催化氧化和膜分离三重功能于一体，所述炭膜基体具有多级孔道结构，其包括孔径分别为1μm~5μm的大孔，50nm~1μm的二级孔，孔径＜50nm的小孔；所述分离层厚度为5~100μm，平均孔径0.01μm~1μm；所述炭膜的比表面积为200~2000m²/g。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述炭膜基体的制备按下述方法进行：

原料调配：将导电剂、造孔剂与平均粒度为5~30μm多孔炭充分混合，得粉料混合物；再加入填充剂溶液，充分搅拌混合，并加入粘结剂，混合练泥后密封陈化，放置24h~48h；

炭膜基体制备：将调配好的原料置于成型机中加压成型，得到炭膜原膜，干燥后在惰性气氛保护下进行炭化，得炭膜基体，其中，炭化工艺为：2~10℃/min升温速率升温至120~250℃，恒温30~120min，然后升温至500~1000℃恒温30~120min，所述惰性气氛为氮气或氩气。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的多孔炭与导电剂、造孔剂、填充剂和粘结剂的质量之比分别为100：0~20、100：0~30、100：5~40和100：5~40。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：

将导电剂、造孔剂、催化剂前驱体与平均粒度为5~30μm多孔炭充分混合，得粉料混合物；再加入填充剂溶液，充分搅拌混合，并加入粘结剂，混合练泥后密封陈化，放置24h~48h，将调配好的原料置于成型机中加压成型，得到炭膜原膜；干燥后在惰性气氛保护下进行炭化，得炭膜基体，其中，炭化工艺为：2~10℃/min升温速率升温至120~250℃，恒温30~120min，然后升温至500~1000℃恒温30~120min，所述惰性气氛为氮气或氩气；将炭膜基体浸渍于5%~15%的铸膜液中1~20min，匀速取出后干燥，置于炭化炉中400~900℃炭化，所述惰性气氛为氮气或氩气；将所得炭膜置于活化炉中，以2~10℃/min升温速率升至600~1000℃，按50~200ml/min的流量通入活化剂，活化10~120min，其中活化剂为水蒸气、二氧化碳和空气中的一种或多种。