CN106365140A - 一种高导电性介孔炭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导电性介孔炭的制备方法。以摩尔比1∶2间苯二酚与甲醛为有机原料，采用氢氧化镁作为反应催化剂，将按比例混合好的溶液密封于反应容器中在80‑100℃下静置10‑60分钟，迅速发生凝胶化反应转变成有机湿凝胶，将老化后的有机湿凝胶直接通过常压或减压干燥得到有机干凝胶，最后将有机干凝胶在惰性气氛下升至一定温度进行炭化得到介孔炭。该方法有机湿凝胶的形成时间短，仅需数十分钟，生产效率大大提高；湿凝胶干燥工艺简单，不需要任何溶剂交换过程，生产周期大为缩短，直接在常压或减压条件下完成干燥，对设备要求极低，易于工业化生产。介孔炭导电性好，且因制备工艺中催化剂用量少，不需任何后处理，产品纯净度高。
Description
技术领域
本发明提供一种高导电性介孔炭的制备方法，属于精细化工领域。
背景技术
介孔炭具有发达的孔隙、良好的热稳定性、化学稳定性和优良的吸附性能，因其比表面积高、孔体积和孔径尺寸大，不仅能够使物质在其孔隙内吸附、也可作为吸附物质发生化学反应的微反应器，被广泛应用于催化、吸附、分离提纯、电极材料等众多领域。介孔炭作为超级电容器、燃料电池等电极材料的应用近些年受到极大关注，除了对其孔隙结构特征有较高要求，还需要材料具有高电导率和低杂质含量。
制备介孔炭材料的传统方法一般是将过渡金属无机盐或者金属有机化合物为催化剂的碳前驱物催化活化，该方法得到的介孔炭需要经过专门酸洗过程去除金属杂质才能用作电极材料，并且材料的电导率不高。20世纪90年代发展起来的硅基模板法可有效控制介孔炭的孔结构，但需要使用HF酸脱模板，工艺过程复杂。炭气凝胶也属于一种介孔炭材料，先通过溶胶凝胶及脱溶剂过程制备出有机气凝胶，再经高温炭化而制得，其比表面积高、中孔丰富。由于有机气凝胶固体是由相互交联的胶态颗粒或聚合链组成，作为碳前驱体，炭化过程中其骨架结构基本不变，交织的聚合物链可以转化为连续的导电网络，以其为前驱体可制备出炭气凝胶，导电性通常比活性炭要好得多。然而，炭气凝胶通常需要溶剂交换、超临界干燥等复杂工艺，制备周期长，其应用受到极大限制。CN 200610046107.5提供了一种相对简单的方法，采用氢氧化钠或氢氧化钾催化间苯二酚和甲醛反应形成水凝胶，经常压干燥或减压干燥后炭化得到多孔炭，但其凝胶化时间仍需要1-3天，而且后续需要水洗过程去除碱催化剂。CN102083523A采用苯酚代替间苯二酚，并使用无溶剂交换的对流干燥代替了超临界干燥或冷冻干燥，设备要求降低，而干燥时间依旧需要数十小时。
发明内容
本发明的目的在于解决一般介孔炭制备方法中介孔炭杂质含量高、导电性不佳及工艺复杂耗时长等问题，提供一种高导电性介孔炭的制备方法。
本发明的技术方案：将间苯二酚与甲醛按摩尔比1∶2的比例混合，并加入氢氧化镁溶液配成混合溶液，混合溶液中氢氧化镁的浓度为5×10-5mol/L-1.7×10-4mol/L，间苯二酚与甲醛的质量分数为10-30％，将混合溶液搅拌均匀后密封在反应容器中，置于80-100℃的环境中静置10-60分钟，在氢氧化镁的催化下迅速发生凝胶化反应转变成有机水凝胶，在相同温度下继续静置2-12小时进行老化，然后将有机水凝胶从密封反应容器中取出，在100-180℃下常压干燥4-18小时，或在50-100℃下减压干燥2-6小时，得到有机干凝胶，最后将有机干凝胶在氮气或氩气气氛下升温至700-1600℃进行炭化，炭化时间为0.5-5小时，得到高导电性介孔炭，介孔炭的比表面积为500-750m2/g，电导率＞0.35S/cm，灰分含量＜0.1％。
本发明具有以下有益特点：
1.采用氢氧化镁作为间苯二酚与甲醛反应的催化剂，形成有机湿凝胶的时间短，数十分钟以内即可完成，与采用碳酸钠和氢氧化钠为催化剂的传统工艺中数十小时至数天的凝胶化时间相比，生产效率大大提高。
2.湿凝胶干燥工艺简单，不需要任何溶剂交换过程，生产周期大为缩短，直接在常压或减压条件下完成，对设备要求极低。
3.介孔炭产品导电性好，且因制备工艺中催化剂用量少，不需任何后处理，产品纯净度高，灰分含量＜0.1％，能够满足超级电容器、电容型电池等电极材料对介孔炭杂质含量要求较苛刻的应用领域。
附图说明
图1介孔炭典型低温氮气吸附等温线
横坐标：相对压力，纵坐标：吸附量(立方厘米/克)
具体实施方式
实例1
将38％的甲醛溶液(氢氧化镁饱和)7.9g和1.5×10-4mol/L的氢氧化镁水溶液71.6g混合，加入5.5g间苯二酚完全溶解，将混合溶液搅拌均匀后密封在反应容器中，置于90℃的恒温水浴中静置30分钟，混合溶液失去流动性，转变成灰白色有机水凝胶；在90℃温度下继续密封静置6小时进行老化，水凝胶变成土黄色，然后将有机水凝胶从密封反应容器中取出，60℃下减压干燥3小时，在高纯氮气气氛下以8℃/分钟的速度升至900℃，恒温炭化2小时得到中孔炭产品，比表面积660m2/g，灰分0.02％，电导率0.43S/cm。
实例2
将38％的甲醛溶液(氢氧化镁饱和)15.8g和1.5×10-4mol/L的氢氧化镁水溶液58.2g混合，加入11.0g间苯二酚完全溶解，将混合溶液搅拌均匀后密封在反应容器中，置于90℃的恒温水浴中静置30分钟，混合溶液失去流动性，转变成灰白色有机水凝胶；在90℃温度下继续密封静置10小时进行老化，水凝胶变成橙色，然后将有机水凝胶从密封反应容器中取出，在120℃下常压燥10小时，在高纯氮气气氛下以8℃/分钟的速度升至900℃，恒温炭化1小时得到中孔炭产品，比表面积647m2/g，灰分0.01％，电导率0.41S/cm。
实例3
将38％的甲醛溶液(氢氧化镁饱和)15.8g和1.0×10-4mol/L的氢氧化镁水溶液35.2g混合，加入11.0g间苯二酚完全溶解，将混合溶液搅拌均匀后密封在反应容器中，置于85℃的恒温水浴中静置40分钟，混合溶液失去流动性，转变成灰白色有机水凝胶；在90℃温度下继续密封静置15小时进行老化，水凝胶变成橙色，然后将有机水凝胶从密封反应容器中取出，在120℃下常压燥10小时，在高纯氩气气氛下以8℃/分钟的速度升至1100℃，恒温炭化1小时得到中孔炭产品，比表面积605m2/g，灰分0.01％，电导率0.52S/cm。
Claims (3)
1.一种高导电性介孔炭的制备方法，其特征是将间苯二酚与甲醛按摩尔比1∶2的比例混合，并加入氢氧化镁溶液配成混合溶液，混合溶液中氢氧化镁的浓度为5×10-5mol/L-1.7×10-4mol/L，间苯二酚与甲醛的质量分数为10-30％，将混合溶液搅拌均匀后密封在反应容器中，置于80-100℃的环境中静置10-60分钟，在氢氧化镁的催化下迅速发生凝胶化反应转变成有机水凝胶，在相同温度下继续静置2-12小时进行老化，然后将有机水凝胶从密封反应容器中取出，在100-180℃下常压干燥4-18小时，或在50-100℃下减压干燥2-6小时，得到有机干凝胶，最后将有机干凝胶在氮气或氩气气氛下升温至700-1600℃进行炭化，炭化时间为0.5-5小时，得到高导电性介孔炭。
2.根据权利要求1所述高导电性介孔炭的制备方法，其特征是间苯二酚与甲醛反应的催化剂为氢氧化镁。
3.根据权利要求1所述高导电性介孔炭的制备方法，其特征是炭化得到高导电性介孔炭的比表面积为500-750m2/g，电导率＞0.35S/cm，灰分含量＜0.1％。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108975300A (zh) * | 2017-06-02 | 2018-12-11 | 中国科学院金属研究所 | 高强度大尺寸块状炭气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN109133027A (zh) * | 2018-07-25 | 2019-01-04 | 沈阳理工大学 | 一种三水碳酸镁催化酚醛聚合制备介孔炭材料的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101367514A (zh) * | 2007-08-17 | 2009-02-18 | 北京化工大学 | 一种有机模板法制备有序介孔炭的方法 |
| CN101531358A (zh) * | 2009-04-28 | 2009-09-16 | 湖南理工学院 | 一种超级电容器用多孔炭电极材料的制备方法 |
| CN101585527A (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | 中国人民解放军63971部队 | 一种富含中、大孔的炭材料的制备方法 |
| CN102977397A (zh) * | 2011-09-06 | 2013-03-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和介孔炭的制备方法 |
-
2015
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101367514A (zh) * | 2007-08-17 | 2009-02-18 | 北京化工大学 | 一种有机模板法制备有序介孔炭的方法 |
| CN101585527A (zh) * | 2008-05-23 | 2009-11-25 | 中国人民解放军63971部队 | 一种富含中、大孔的炭材料的制备方法 |
| CN101531358A (zh) * | 2009-04-28 | 2009-09-16 | 湖南理工学院 | 一种超级电容器用多孔炭电极材料的制备方法 |
| CN102977397A (zh) * | 2011-09-06 | 2013-03-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种有序介孔间苯二酚-甲醛树脂和介孔炭的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 计亚军 等: "结构新颖的碳气凝胶的合成及在电容器电极材料中的应用", 《材料科学与工程学报》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108975300A (zh) * | 2017-06-02 | 2018-12-11 | 中国科学院金属研究所 | 高强度大尺寸块状炭气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN109133027A (zh) * | 2018-07-25 | 2019-01-04 | 沈阳理工大学 | 一种三水碳酸镁催化酚醛聚合制备介孔炭材料的方法 |
| CN109133027B (zh) * | 2018-07-25 | 2020-05-26 | 沈阳理工大学 | 一种三水碳酸镁催化酚醛聚合制备介孔炭材料的方法 |
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