CN103880005A - 一种富含中孔活性炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多孔炭的制备领域，具体涉及一种富含中孔活性炭的制备方法，将酚醛树脂预聚体和聚氨酯预聚体按质量比1:0.5—5混合，在室温下搅拌均匀；将上述混合液置入烘箱中在90-105℃干燥1-3小时使之固化，之后自然冷却到室温；固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以0.5-5℃/min的升温速率加热到600-1000℃后，恒温0.5-3小时，然后自然冷却即得富含中孔的活性炭。采用本发明方法制备富含中孔活性炭的工艺简单，环境友好，成本低廉，用该方法制得的活性炭具有中孔丰富，比表面积高的优点。

Description

一种富含中孔活性炭的制备方法
技术领域
本发明涉及多孔炭的制备领域，具体涉及一种富含中孔活性炭的制备方法。
背景技术
活性炭具有较大的孔容、较高的比表面积、足够的化学稳定性和优异的耐酸碱等性能，在能量储存、催化剂载体、气相吸附及溶剂回收等方面得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，富含中孔的活性炭在中分子吸附及储能等领域具有更为广阔的应用前景。活性炭中孔结构的调控方法主要包括深度物理活化、化学活化、催化活化、模板、溶胶凝胶等方法。
(1)深度物理活化法，通常采用水蒸气活化炭前躯体，虽然能够制备中孔炭，但中孔炭的孔径较小，而且中孔的比例低。
(2)化学活化法，采用KOH、NaOH或磷酸等强酸碱性物质与炭前躯体发生反应制备中孔炭。该方法制备的中孔炭具有较高的比表面积，原料利用率高，然而活化剂的成本较高，对设备具有强腐蚀性，能耗也较大。
(3)催化活化法，主要是利用过渡金属的催化作用制备中孔炭。此方法的优点是可以通过调控过渡金属的种类及含量控制孔结构。但过渡金属在炭前躯体中容易团聚，导致产生大量的大孔。同时除掉金属氧化物需要盐酸处理，工艺相对复杂。
(4)溶胶凝胶法，是以间苯二酚-甲醛为原料，经过溶胶、凝胶，超临界干燥和炭化过程制备而成。其优点是可以在分子和纳米尺度上进行结构调控。缺点是需要超临界干燥，设备昂贵且工艺复杂。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种工艺简单、环境友好、成本低、富含中孔的活性炭的制备方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种富含中孔活性炭的制备方法，包括如下步骤：
（1）将酚醛树脂预聚体和聚氨酯预聚体按质量比1:0.5—5混合，在室温下搅拌均匀；
（2）将上述混合液置入烘箱中在90-105℃干燥1-3小时使之固化，之后自然冷却到室温；
（3）步骤（2）中固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以0.5-5℃/min的升温速率加热到600-1000℃后，恒温0.5-3小时，然后自然冷却即得富含中孔的活性炭。
所述酚醛树脂预聚体为热固性酚醛树脂预聚体。
所述热固性酚醛树脂预聚体的分子量在500-800之间。
所述的聚氨酯预聚体是端羟基聚氨酯预聚体、端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的其中一种或两种的组合。
本发明是以酚醛树脂预聚体为炭前躯体，聚氨酯预聚体为模板剂，将以上两者搅拌均匀后在一定温度下固化。随后将固化物经高温炭化后制备富含中孔的活性炭。其原理在于聚氨酯预聚体含有丰富的端羟基或端羧基，能够与酚醛树脂预聚体中的酚羟基产生氢键作用。在高温炭化过程中，基于聚氨酯柔性链锻的分解，产生大量的中孔，最终形成富含中孔的活性炭。
本发明具有如下优点：
本方法工艺路线简单，环境友好，成本低廉。
本方法制备的活性炭中孔极为丰富，比表面积高。
具体实施方式
实施例1：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为500）和端羟基聚氨酯预聚体按质量比1:0.5混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在90℃干燥3小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以0.5℃/min的升温速率加热到600℃后，恒温0.5小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为63%，比表面积为810m2/g。
实施例2：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为600）和端羟基聚氨酯预聚体按质量比1:2混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在95℃干燥2小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以1℃/min的升温速率加热到700℃后，恒温1小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为74%，比表面积为930m2/g。
实施例3：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为700）和端羟基聚氨酯预聚体按质量比1:4混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在100℃干燥1小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以5℃/min的升温速率加热到1000℃后，恒温1小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为82%，比表面积为1110m2/g。
实施例4：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为800）和端羟基聚氨酯预聚体按质量比1:5混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在105℃干燥1小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以3℃/min的升温速率加热到800℃后，恒温3小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为85%，比表面积为1240m2/g。
实施例5：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为600）和端异氰酸酯基聚氨酯预聚体按质量比1:3混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在100℃干燥2小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以2℃/min的升温速率加热到900℃后，恒温1小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为80%，比表面积为1020m2/g。
实施例6：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为800）和端异氰酸酯基聚氨酯预聚体按质量比1:5混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在105℃干燥3小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以3℃/min的升温速率加热到800℃后，恒温2小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为86%，比表面积为1205m2/g。
实施例7：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为500）、端羟基聚氨酯预聚体和端异氰酸酯基聚氨酯预聚体按质量比1:1.5:1.5混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在95℃干燥3小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以0.5℃/min的升温速率加热到900℃后，恒温3小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为86%，比表面积为910m2/g。
实施例8：
将热固性酚醛树脂预聚体（分子量为700）、端羟基聚氨酯预聚体和端异氰酸酯基聚氨酯预聚体按质量比1:3:2混合，在室温下搅拌均匀。然后将上述混合液置入烘箱中在100℃干燥1小时使之固化，之后自然冷却到室温。以上述固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以2℃/min的升温速率加热到1000℃后，恒温2小时，自然冷却即得富含中孔的活性炭，制备出的活性炭中孔率为89%，比表面积为1310m2/g。

Claims (4)

1.一种富含中孔活性炭的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将酚醛树脂预聚体和聚氨酯预聚体按质量比1:0.5—5混合，在室温下搅拌均匀；
（2）将上述混合液置入烘箱中在90-105℃干燥1-3小时使之固化，之后自然冷却到室温；
（3）步骤（2）中固化的共混聚合物为炭前驱体，在炭化炉中氮气保护下以0.5-5℃/min的升温速率加热到600-1000℃后，恒温0.5-3小时，然后自然冷却即得富含中孔的活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种富含中孔活性炭的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂预聚体为热固性酚醛树脂预聚体。
3.根据权利要求2所述的一种富含中孔活性炭的制备方法，其特征在于，所述热固性酚醛树脂预聚体的分子量在500-800之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种富含中孔活性炭的制备方法，其特征在于，所述的聚氨酯预聚体是端羟基聚氨酯预聚体、端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的其中一种或两种的组合。
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