CN102211764A - 一种多孔炭的免活化制备方法 - Google Patents

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徐斌
侯珊珊
张�浩
曹高萍
杨裕生
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Abstract

多孔炭材料的免活化制备方法，以偏二氟乙烯的均聚物、共聚物或者以偏二氟乙烯的均聚物或共聚物制备的橡胶、塑料制品为原料，在惰性气氛的保护下，仅经一步高温炭化，无需活化处理，也不需进行其它后处理，即可制备出比表面积600～1500m2/g的多孔炭材料，该法工艺简单，所制备的多孔炭材料可用于水处理、空气净化、气体分子筛、电化学储能等领域。

Description

一种多孔炭的免活化制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔炭材料的免活化制备方法，属于新材料领域，所制备的多孔炭材料可广泛应用于水处理、空气净化、气体分子筛、电化学储能等领域。
背景技术
多孔炭材料，也称活性炭，具有高度发达的孔隙结构和高的比表面积，是一种性能优良的吸附材料，广泛应用于水质净化、废气治理、味精脱色、溶剂回收、化学防护等领域，还可用于气体储存、催化剂载体和电化学储能等。
活性炭的制备原料非常丰富，一般的含碳有机物质都可以用来制备活性炭，如煤、木材、果壳、合成树脂、农作物废料。传统的多孔炭的制备一般要经过炭化和活化两个阶段。炭化是将含碳有机前驱体在隔离氧的条件下进行高温热解，使非碳元素如氢、氧、氮以挥发分的形式逸出，从而生成富碳的固态热解产物。炭化只是形成了初步的孔隙，一般比表面积在100m2/g以内。要形成发达的多孔结构，还必须进行活化处理。活化是将炭化产物与活化剂在高温下反应，选择性的刻蚀掉一部分基体炭，从而形成丰富的孔隙。按照活化剂的不同，活性炭的制备方法有物理活化(以水蒸气、二氧化碳为活化剂)和化学活化(以H3PO4、ZnCl2、KOH、NaOH为活化剂)之分。采用物理活化制备的活性炭的比表面积一般在500-1000m2/g，采用化学活化制备的活性炭的比表面积会略高些。活性炭丰富的孔隙主要是在活化阶段形成的，其制造成本也主要来源于活化过程。
一些新型的免活化的制备方法主要包括：共混聚合物炭化法、碳凝胶法和模板法。然而，这些方法虽然免去了活化步骤，但却增加了一些其它步骤，因此并没有使炭材料的制备过程简化，有的甚至更加复杂。共混聚合物炭化法要将两种热稳定性不同的高分子前躯体均匀混合。碳凝胶法要进行超临界干燥，耗时长、设备昂贵。模板法中，前驱体在模板孔道中的引入、模板的去除都使得制备过程更加复杂，强腐蚀性的HF的使用也给操作带来极大不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便的制备多孔炭材料的方法。利用聚偏二氟乙烯在高温下裂解脱除氟化氢可形成发达多孔结构的特点，以偏二氟乙烯的均聚物或者共聚物为原料，将其在惰性气氛的保护下直接进行高温炭化，即可制备出高比表面积多孔炭，无需活化处理，也不增加其它的处理步骤。该制备方法简单、高效，是一种真正意义上的多孔炭的免活化制备方法。
本发明的技术方案如下：
多孔炭材料的免活化制备方法，以偏二氟乙烯的均聚物、共聚物或者以偏二氟乙烯的均聚物或共聚物制备的橡胶、塑料制品为原料，在氮气或/和氩气的保护下，经500～1800℃高温炭化0.1h以上，无需活化处理，也不需进行其它后处理，即可得到比表面积大于600m2/g的多孔炭材料。
偏二氟乙烯的均聚物即聚偏二氟乙烯，偏二氟乙烯的共聚物为偏二氟乙烯与以下单体的共聚物：乙烯、氯乙烯、氟乙烯、丙烯、苯乙烯、胺脂、酰亚胺、丙烯腈、甲基丙烯酸脂、甲基丙烯酸、三氟氯乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、全氟乙烯基醚的一种或一种以上。
本发明所制备的多孔炭材料的比表面积可达600-1500m2/g，与目前普遍采用水蒸气活化制备的商业活性炭的比表面积(500-1000m2/g)相当或高出一些，而其制备方法简单，仅经一步炭化处理，免去了活化步骤，也未增加任何新的步骤，使制备工序大大简化，效率提高。所制备的多孔炭材料可应用于水处理、空气净化、催化剂载体、气体分子筛，以及超级电容器和锂离子电池等电化学储能领域。
附图说明
为说明所制备的炭材料为高比表面积多孔炭材料，对其进行了拉曼光谱和N2吸/脱附测试。附图1为聚偏二氟乙烯基多孔炭的拉曼光谱，表明为无定形炭材料。附图2为聚偏二氟乙烯基多孔炭的N2吸/脱附曲线，表明为多孔炭材料。
具体实施方式
下面举三个实施例简要说明本发明制备多孔炭的方法。
实施例1
称取洁净、高燥的聚偏二氟乙烯10g，置于氮气气氛保护的高温电阻炉中央，升温至700℃，恒温炭化1h。待炉温冷却至室温后，关闭氮气，将样品取出，得到黑色固体，Raman表征(见附图1)为无定形炭材料，氮吸附测试表明具有非常发达的多孔结构(氮吸附等温线见附图2)，其比表面积1100m2/g，孔容0.41cm3/g。
实施例2
称取洁净、高燥的全氟乙丙树脂(即偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物)10g平铺在料盒中，置于氩气气氛保护的炭化炉中央，升温至900℃，恒温炭化3h。待炉温冷却至室温后，关闭氮气，将料盒取出，得到多孔炭材料，氮吸附测试其比表面积1300m2/g，孔容0.56cm3/g。
实施例3
以偏二氟乙烯和全氟乙烯基醚的共聚物为主要组分的氟橡胶为原料，将其破碎，洗涤、干燥后称取20g，置于氮气气氛保护的高温电阻炉中央，升温至1100℃，恒温炭化0.5h。待炉温冷却至室温后，关闭氮气，将样品取出，得到比表面积850m2/g的多孔炭材料。

Claims (2)

1.一种多孔炭材料的免活化制备方法，其特征在于该方法以偏二氟乙烯的均聚物、共聚物或者以偏二氟乙烯的均聚物或共聚物制备的橡胶、塑料制品为原料，在氮气或/和氩气的保护下，经500～1800℃高温炭化0.1h以上，无需活化处理，也不需进行其它后处理，即可得到比表面积大于600m2/g的多孔炭材料。
2.根据权利要求1所述的多孔炭材料的免活化制备方法，其特征在于偏二氟乙烯的均聚物即聚偏二氟乙烯，偏二氟乙烯的共聚物为偏二氟乙烯与以下单体的共聚物：乙烯、氯乙烯、氟乙烯、丙烯、苯乙烯、胺脂、酰亚胺、丙烯腈、甲基丙烯酸脂、甲基丙烯酸、三氟氯乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、全氟乙烯基醚的一种或一种以上。
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