[发明专利]一种超高比表面积的微-中孔复合的多孔碳及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超高比表面积的微‑中孔复合多孔碳的制备方法，利用生物质材料(包括但不限于豆粕，植物蛋白)，经过快速碳化、化学活化的方式，得到一种大于0.8nm的孔占总孔容的95％以上，比表面积大于3700m²/g的微‑中孔复合的多孔碳材料。

技术领域

本发明属于碳材料领域，具体涉及一种超高比表面积的微-中孔复合的多孔碳的制备方法。

背景技术

化石燃料的消耗使得新型储能器件的开发和利用引起众多研究人员的注意。在新型储能材料中，碳材料无疑是其中最为重要的材料之一。多孔碳材料不仅具有碳材料化学稳定性高、导电性好等优点，由于多孔结构的引入，还具有比表面积高、孔道结构丰富、孔径可调等特点。按照国际纯碎与应用化学联合会的定义，可以根据多孔碳材料的孔直径将其分为三类：微孔(小于2nm)；介孔(2-50nm)和大孔(大于50nm)。而根据多孔碳材料的结构特点，又可将其分为无序多孔碳材料和有序多孔碳材料。其中无序多孔碳材料的孔道不是长程有序，孔道形状不规则，孔径大小分布范围宽。

活性炭是无序多孔碳材料的典型代表。活性炭孔结构主要由微孔组成，且孔径不均一。有序多孔碳材料具有孔道有序性，孔道形状和孔径尺寸可以得到很好的控制，且孔径分布范围窄。在有序多孔碳材料中研究较多的是有序介孔碳。多孔碳的制备方法多种多样。常用的方法有活化法，包括化学活化，物理活化等。利用传统的碳化活化方法得到的往往是无序多孔碳材料，很难控制其孔道形状和孔径。模板法是利用模板来控制孔结构，制备出结构有序、孔径均一的材料，但是模板法工艺复杂，成本高。

发明内容

区别于普通微孔、中孔碳材料单一的结构特性，微-中孔复合碳材料兼具比表面积与孔容，因而获得了持续的关注。

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中模板法制备超高比表面积的微-中孔复合多孔碳材料的制备成本较高、工艺复杂等技术难题。

本发明提供了一种超高比表面积的微-中孔复合的多孔碳，该复合多孔碳采用生物质材料为原料，经过快速碳化、化学活化的方法制备了超高比表面积的微-中孔复合的多孔碳，其中，得到的复合多孔碳孔径大于0.8nm的孔占总孔容的95％以上，比表面积大于3700m²/g。

其中，所述生物质材料包括但不限于豆粕，植物蛋白。

本发明还提供了一种超高比表面积的微-中孔复合的多孔碳的制备方法，具体工艺步骤包括：

(1)碳化样品的准备：将生物质材料在烘箱中高温烘干，备用；

(2)生物质材料的快速碳化：将步骤(1)得到的已经干燥的准备碳化样品放置在管式炉中在惰性气体存在的条件下进行快速碳化，待管式炉降至室温，取出碳化产物；其中，快速碳化是通过提高升温速率的方式进行快速碳化，惰性气体为氩气。

(3)碳化产物的氢氧化钾活化：将步骤(2)得到的碳化产物与氢氧化钾以一定比例混合后在研钵中研磨20min至碳材料与氢氧化钾混合均匀。将混合材料放置在管式炉中在惰性气体存在的条件下高温活化，待管式炉降至室温，取出活化产物；其中，惰性气体为氩气。

(4)活化产物的洗涤：将步骤(3)得到的活化样品分别用盐酸、氢氟酸、去离子水依次洗涤并干燥，得到多孔碳材料。

作为本发明的优选，步骤(2)中采用了较低的碳化温度，其温度为400-500℃，升温速率需≧100℃/min，碳化保温时间为1-2h。

作为本发明的优选，步骤(3)中氢氧化钾与碳化产物按质量比，其混合比例为3:1。

作为本发明的优选，步骤(3)中氢氧化钾活化温度为600-1000℃，升温速率为2-5℃/min，活化保温时间为1-2h。

作为本发明的优选，步骤(4)中氢氟酸浓度为2％，盐酸浓度为5％。