CN102786043A - 一种调控碳化物衍生碳孔结构的方法 - Google Patents
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Abstract
一种调控碳化物衍生碳孔结构的的方法，首先将碳化钛粉体放入高能球磨机中，球磨时的球料比为6~8:1，球磨机的转速为240~280转/分，球磨时间为8~12小时，碳化钛粉体粒径被破碎细化至0.6~1.2μm；然后将上述球磨后的碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05~1Pa后，通入氩气，将管式炉升温至600~1000℃，再通入氯气，流速为20~30ml/min，时间为1~3小时，反应结束后再次通入氩气，利用氩气流的冲刷作用去除碳化钛粉体表面残留的四氯化钛等氯化物，冷却至室温。本发明工艺简便，反应设备简单，可对CDC的孔结构进行有效控制，并能有效解决中孔出现时比表面急剧降低的问题。
Description
技术领域
本发明属于新型碳材料领域，特别涉及一种多孔碳材料的制备方法。
背景技术
碳化物衍生碳（CDC）是一种新型多孔碳材料。它是通过卤素在高温条件下将碳化物中的非碳原子以气体卤化物的形式带走形成的。研究表明：CDC拥有的高比表面以及可控的孔结构使其在诸如储氢、催化剂载体、分子筛、超级电容器等领域应用潜力巨大。
目前，调控CDC的孔结构主要有以下几种方法：（1）改变氯化反应温度；（2）添加催化剂；（3）改变反应前驱体等。Alar J?nes 等人的研究发现，改变碳化物的氯化反应温度可有效调控所得碳化物衍生碳的孔结构，但高温条件下中孔的出现却造成材料比表面的急剧降低。Jaan Leis 等人在碳化钛进行氯化反应时掺入了铁族催化剂，结果造成所得CDC中出现了大量中孔，但材料的比表面却急剧降低。上述方法虽对碳化物衍生碳的孔结构有较好的调控作用，但都存比表面在中孔结构出现时急剧降低的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、能有效解决碳化物衍生碳中获得中孔时比表面急剧降低问题的调控碳化物衍生碳孔结构的方法。本发明的方法主要是以碳化钛为反应原料，对其进行球磨预处理，再对预处理后的碳化钛进行氯化反应。
本发明的技术方案如下：
（1）碳化钛粉体的球磨预处理：将碳化钛粉体放入高能球磨机中进行球磨预处理，使碳化钛粉体粒径破碎细化至0.6~1.2μm。球磨时的研磨体为GCr15轴承钢钢球，钢球与碳化钛粉体的质量比（即球料比）为6~8:1，球磨机的转速为240~280转/分，球磨时间为8~12小时。为防止球磨期间碳化钛粉体发生团聚，选用乙醇作为分散剂。
（2）碳化钛粉体的高温卤化处理：将上述球磨后的碳化钛粉体置于熔融石英管式炉中，抽真空至0.05~1Pa后通入氩气，将管式炉升温至600~1000℃，再通入氯气，流速为20~30ml/min，时间为1~3小时；反应结束后再次通入氩气，利用氩气流的冲刷作用去除碳化钛粉体表面残留的四氯化钛等氯化物。冷却至室温后即可获得拥有中孔结构高比表面的碳化物衍生碳。
本发明与现有技术相比具有如下优点：工艺简便，反应设备简单，可对CDC的孔结构进行有效控制，有效解决中孔出现时比表面急剧降低的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1所获得碳化物衍生碳与未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳氮气吸附脱附曲线图的对比。
图2是本发明实施例2所获得碳化物衍生碳与未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳氮气吸附脱附曲线图的对比。
图3是本发明实施例3所获得碳化物衍生碳与未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳氮气吸附脱附曲线图的对比。
具体实施方式
实施例1
取粒度为800目的碳化钛粉体20g放入高能球磨机，放入GCr15轴承钢钢球120g，再放入1ml乙醇作为分散剂，球磨机的转速为280转/分，球磨时间为8小时。此时，碳化钛粉体粒径为约1.2 μm。然后将上述碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.1Pa后通入氩气，将管式炉温度升至600℃，通入氯气，流速为20ml/min，时间为3.0小时。反应结束后再通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的氯化物，待温度冷却至室温后，即获得拥有中孔结构的高比表面碳化物衍生碳。
如图1所示，在高温卤化处理的工艺过程及参数相同的情况下，本实施例所获得碳化物衍生碳相比于未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳有大量中孔结构的出现，同时保持着较高的比表面。
实施例2
取粒度为800目的碳化钛粉体20g 放入高能球磨机，放入GCr15轴承钢钢球160g，再放入1ml乙醇作为分散剂，球磨机的转速为240转/分，球磨时间为12小时。此时，碳化钛粉体粒径为约0.6 μm。然后将上述碳化钛粉末放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05Pa后通入氩气。将管式炉温度升至800℃，通入氯气，流速为30ml/min，时间为1.0小时。反应结束后再通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的氯化物，待温度降至室温后，即可得到拥有中孔结构的高比表面碳化物衍生碳。
如图2所示，在高温卤化处理的工艺过程及参数相同的情况下，本实施例所获得碳化物衍生碳与未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳相比，有大量中孔结构的出现，同时保持着较高的比表面。
实施例3
取粒度为800目的碳化钛粉体20g放入高能球磨机，放入GCr15轴承钢钢球140g，再放入1ml乙醇作为分散剂，球磨机的转速为260转/分，球磨时间为10小时。此时，碳化钛粉体粒径为约0.9 μm。然后将上述碳化钛粉末放入熔融石英管式炉中，抽真空至1Pa后通入氩气。将管式炉温度升至1000℃，通入氯气，流速为25ml/min，时间为2.0小时。反应结束后再通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的氯化物，待温度降至室温后，即可得到拥有中孔结构的高比表面碳化物衍生碳。
如图3所示，在高温卤化处理的工艺过程及参数相同的情况下，本实施例所获得碳化物衍生碳与未经球磨预处理所获得的碳化物衍生碳相比，有大量中孔结构的出现，同时保持着较高的比表面。
Claims (1)
1.一种调控碳化物衍生碳孔结构的方法，其特征在于：
（1）将碳化钛粉体放入高能球磨机中将其粒径破碎细化至0.6~1.2 μm，研磨体为GCr15轴承钢钢球，钢球与碳化钛粉体的质量比为6~8:1，加入乙醇作为分散剂，球磨机的转速为240~280 转/分，球磨时间为8~12小时；
（2）将上述球磨后的碳化钛粉体放入熔融石英管式炉中，抽真空至0.05~1Pa后，通入氩气，将管式炉升温至600~1000℃，再通入氯气，流速为20~30ml/min，时间为1~3小时；反应结束后再次通入氩气，去除碳化钛粉体表面残留的四氯化钛等氯化物，冷却至室温。
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