CN106517139A - 碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法。碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，首先去除CTP中一次性喹啉不溶物；炭化、活化和去除模板剂；精制的CTP粉与纳米碳酸钙混合，搅拌均匀；将其置于有氮气保护的管式炉中以5℃/min速率由常温加热到250℃，再以3℃/min速率加热到500℃；之后升温到950℃，保温2h；冷却后，对得到的炭化样品研磨成粉末，然后与研磨成粉末的KOH混合，置于管式炉中由常温直接升温到800℃，保温2h；经冷却，用稀盐酸溶液清洗3次，再用去离子水清洗到滤液，干燥后制成沥青基多孔炭材料。本发明制炭材料适合制备超级电容器的电极。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法。
背景技术
煤沥青(CTP)是焦化企业加工过程的副产物。已有研究表明，生产1t 的焦炭大约可产生2.5％~3％ (质量分数)的煤沥青。据统计，我国仅2013年焦炭产量就达476Mt，因此，煤沥青资源相当丰富。目前， CTP 主要用于制备冶炼铝电极材料、活性炭、建筑业以及合成各种新型炭材料如中间相沥青、碳微球及针状焦等方面。如何提升其潜在价值，无论对焦化产业链条的延伸，还是对煤化工的发展均具有重要意义。
可再生能源如太阳能、风能等的开发与利用成为近年世界各国重要的能源研究内容之一，如何解决其利用过程的不稳定性对推动这些可再生能源的利用具有重要作用。电化学电容器是一种重要的储能装置。因此，其研究受到世界各国科技工作者的高度关注。电极材料的电化学性质对其性能具有决定影响，尤其是碳基电极材料具有耐酸碱、热稳定性好和循环寿命高等优点，因此，不同结构的炭材料，如活性炭、炭气凝胶、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等电化学性质在文献中均有报道。同生物质相比较，煤沥青具有不受季节干扰、价格便宜、炭化产率高等优点，如能作为储能材料使用，可望极大降低生产成本。
相对其它材料而言，以煤沥青为炭材料前驱体用于电化学电容器的研究相对较少。以纳米氧化镁和纳米氧化铁为模板制备的沥青基炭材料，其比电容值分别为00和194F/g；前者电容较低，后者所用纳米氧化铁价格昂贵，不利于大规模使用；此外，采用煤沥青和松香共热解，得到的沥青基碳材料最大比电容值为203F/g。
发明内容
本发明旨在提出一种碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法。
本发明的技术方案在于：
碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，包括如下步骤：
（1）除杂
首先去除CTP中一次性喹啉不溶物；炭化、活化和去除模板剂；
（2）精制的CTP粉与纳米碳酸钙混合，搅拌均匀；将其置于有氮气保护的管式炉中以5℃/min 速率由常温加热到250℃，再以3℃/min 速率加热到500℃；之后升温到950℃，保温2h；冷却后，对得到的炭化样品研磨成粉末，然后与研磨成粉末的KOH混合，置于管式炉中由常温直接升温到800℃，保温2h；经冷却，用稀盐酸溶液清洗3次，再用去离子水清洗到滤液，干燥后制成沥青基多孔炭材料。
所述的管式炉中氮气流速为50 mL/min。
所述的炭化样品研磨成粉末与研磨成粉末的KOH的混合质量分数比例为1∶3。
所述的去离子水清洗到滤液pH 值6~7为止。
所述的干燥温度为110℃，干燥时间为4h。
本发明的技术效果在于：
本发明以纳米碳酸钙为硬模板，利用其占位和热分解双重效应，成功制备出沥青基纳米孔性炭材料，从而扩大了模板剂的选择范围。同未添加碳酸钙模板所制炭材料相比，碘吸附性显著增加，且有丰富的微孔和中孔结构，孔体积分率达64.65％。采用碳酸钙模板剂制备的炭材料比电容远高于不加模板剂的炭材料。
其循环伏安曲线均接近矩形、充放电曲线对称性良好，在充放电1000次后比电容仍然保持92.54％，具有良好的循环稳定性。因此，所制炭材料适合制备超级电容器的电极。
具体实施方式
碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，包括如下步骤：
（1）除杂
首先去除CTP中一次性喹啉不溶物；炭化、活化和去除模板剂；
（2）精制的CTP粉与纳米碳酸钙混合，搅拌均匀；将其置于有氮气保护的管式炉中以5℃/min 速率由常温加热到250℃，再以3℃/min 速率加热到500℃；之后升温到950℃，保温2h；冷却后，对得到的炭化样品研磨成粉末，然后与研磨成粉末的KOH混合，置于管式炉中由常温直接升温到800℃，保温2h；经冷却，用稀盐酸溶液清洗3次，再用去离子水清洗到滤液，干燥后制成沥青基多孔炭材料。
其中，所述的管式炉中氮气流速为50 mL/min。所述的炭化样品研磨成粉末与研磨成粉末的KOH的混合质量分数比例为1∶3。所述的去离子水清洗到滤液pH 值6~7为止。所述的干燥温度为110℃，干燥时间为4h。
Claims (5)
1.碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）除杂
首先去除CTP中一次性喹啉不溶物；炭化、活化和去除模板剂；
（2）精制的CTP粉与纳米碳酸钙混合，搅拌均匀；将其置于有氮气保护的管式炉中以5℃/min 速率由常温加热到250℃，再以3℃/min 速率加热到500℃；之后升温到950℃，保温2h；冷却后，对得到的炭化样品研磨成粉末，然后与研磨成粉末的KOH混合，置于管式炉中由常温直接升温到800℃，保温2h；经冷却，用稀盐酸溶液清洗3次，再用去离子水清洗到滤液，干燥后制成沥青基多孔炭材料。
2.根据权利要求1所述的碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，其特征在于：所述的管式炉中氮气流速为50 mL/min。
3.根据权利要求1所述的碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，其特征在于：所述的炭化样品研磨成粉末与研磨成粉末的KOH的混合质量分数比例为1∶3。
4.根据权利要求1所述的碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，其特征在于：所述的去离子水清洗到滤液pH 值6~7为止。
5.根据权利要求1所述的碳酸钙模板法制备沥青基多孔炭材料的方法，其特征在于：所述的干燥温度为110℃，干燥时间为4h。
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