[发明专利]一种微量钙添加催化活化制备煤基多孔碳材料的方法

说明书

一种微量钙添加催化活化制备煤基多孔碳材料的方法，涉及一种多孔碳材料的制备方法。目的是解决传统煤基多孔碳材料制备方法中物理活化得到的多孔碳材料孔隙结构不发达和化学活化制备过程中所需活化剂用量大的问题。本发明以煤为原料，通过微量有机或无机钙源与煤的球磨混合过程，使钙源分布在煤基质中，经过催化活化过程及含钙物质的去除过程，获得煤基多孔碳材料，通过钙源和含量调控所得煤基多孔碳的孔隙配组及孔隙参数，获得微孔碳材料及分级孔碳材料。所得的煤基分级孔碳比表面积可达1535m²/g，孔容可达1.66cm³/g。本发明适用于深度调控多孔碳材料孔隙结构，在气体分子、液相分子吸附及超级电容储能领域具有应用前景。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳材料的制备方法。

背景技术

多孔活性碳材料由于多孔活性碳材料由于其理化结构稳定、孔隙及表面化学特性易于调控、环境友好等优点，在吸附、催化及电化学储能等领域均展现了重要应用。根据构效机制，多孔碳材料的吸附储存性能取决于其孔隙结构与目标物质(如气体分子、液相分子)分子尺寸的匹配关系。一般来说，微孔结构有利于气体小分子的吸附，而中孔结构有助于液相分子的吸附与储存。已发展的多孔碳材料包括微孔碳、有序介孔碳和分级孔碳等，其制备方法涉及物理/化学活化法、模板法、自组装方法及水热碳化法等。

目前，高性能多孔碳材料的制备过程的原料来源、成本以及制备工艺的复杂性仍是限制其规模化生产的关键。以煤或生物质为原料的物理/化学活化工艺具有成本低、可工业化生产的优势。然而，传统的物理或化学活化制备煤基多孔碳过程存在以下两方面问题：(1)以CO₂或水蒸气为活化介质的物理活化方法成本较低，但制备得到的多孔碳材料孔隙结构不发达，且多为微孔结构，采用BET法表征得到的比表面积通常小于1000m²/g；(2)化学活化法是通过化学活化剂KOH、H₃PO₄、K₂CO₃或ZnCl₂与碳质前驱体的混合共碳化实现造孔，但为获得发达的孔隙结构，常常需要消耗大量的化学活化剂，活化剂的用量为碳质前驱体质量的3～4倍左右，因此制备成本较高，且活化产物需要消耗大量的酸和水去除活性碳中残留的活化物质，从而增加了工艺难度及环境保护的困难。因此，针对上述物理、化学活化工艺制备多孔活性碳材料的问题，发展新型低成本、环境友好的高性能多孔碳材料制备方法至关重要。

发明内容

本发明要解决传统煤基多孔碳材料制备方法中，物理活化方法得到的多孔活性碳材料孔隙结构不发达和化学活化方法所需活化剂用量大的问题，提出一种微量钙添加催化活化制备煤基多孔碳材料的方法。

本发明微量钙添加催化活化制备煤基多孔碳材料的方法按以下步骤进行：

一、原料细化

将煤原料依次进行破碎、研磨和筛分，得到细化煤粉；

所述细化煤粉的粒径为40目～200目；

所述煤原料为褐煤、烟煤、次烟煤或无烟煤中的一种或多种按任意比例的混合物；

二、球磨混合

将细化煤粉与钙源混合，球磨1h～8h，得到混合物；

所述球磨时的球磨机转速为100r/min～500r/min，球磨罐材质为玛瑙或不锈钢；

所述钙源为无水氯化钙、硫酸钙、氢氧化钙、碳酸钙、硝酸钙、甲酸钙、乙酸钙、柠檬酸钙、葡萄糖酸钙中的一种或多种按任意比例的混合物；

所述细化煤粉与钙源中钙元素的质量比为1：(0.001～0.05)；

三、高温活化