CN106744803B - 一种制备多孔碳的方法与多孔碳 - Google Patents
一种制备多孔碳的方法与多孔碳 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106744803B CN106744803B CN201710049825.6A CN201710049825A CN106744803B CN 106744803 B CN106744803 B CN 106744803B CN 201710049825 A CN201710049825 A CN 201710049825A CN 106744803 B CN106744803 B CN 106744803B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous carbon
- carbon
- key
- activator
- preparing porous
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/14—Pore volume
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/16—Pore diameter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/16—Pore diameter
- C01P2006/17—Pore diameter distribution
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开一种制备多孔碳的方法及多孔碳,其中,方法包括步骤:将碳源与活化剂混合均匀,并烘干后,惰性气氛下碳化,得到多孔碳;其中,所述碳源含有N、P、B和S中的一种或多种元素。本发明使用一些含N、P、B、S等元素的材料作为碳源,后经过活化剂活化制备高比表面积多孔碳。由于C‑N键、C‑P键、C‑B键和C‑S键相比于C‑C键键能更弱,所以活化剂会优先刻蚀N、P、B、S等杂元素及其周围的碳,从而形成均匀的孔洞,提高刻蚀效率,提高比表面积。
Description
技术领域
本发明涉及多孔碳制备领域,尤其涉及一种制备多孔碳的方法与多孔碳。
背景技术
化学刻蚀法是目前常用的制备多孔碳材料的方法,一般使用KOH、H3PO4、ZnCl2、CO2、水蒸气等作为活化剂,高温下活化制备多孔碳材料。相比于模板法,生产成本更为低廉、生产周期更短,更容易实现工业化。化学刻蚀法是基于高温下活化剂与碳反应消耗一部分碳元素从而形成孔洞,并且生成的气体(二氧化碳、一氧化碳、甲烷等)从碳材料表面逸出,进一步形成孔洞。这其中存在的问题是,碳源的选择是影响活化效率的一个重要因素,目前常使用木材、果壳、煤等作为前驱体,但是由这些制备的活性炭比表面积以及孔隙率都相对较低。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种制备多孔碳的方法与多孔碳,旨在解决现有碳源制备的多孔碳比表面积以及孔隙率都相对较低的问题。
本发明的技术方案如下:
一种制备多孔碳的方法,其中,包括步骤:将碳源与活化剂混合均匀,并烘干后,惰性气氛下碳化,得到多孔碳;其中,所述碳源含有N、P、B、S中的一种或多种元素。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述碳源可以为聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺、聚吡啶、聚噻吩、聚丙烯腈、蛋白质、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚以及其他含有N、P、B和S中的一种或多种元素的材料。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述活化剂为LiOH、NaOH、KOH、H3PO4、HNO3、H2SO4、LiCl、KCl、NaCl、ZnCl2、K2CO3 LiCO3 Na2CO3中的一种。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述活化剂含有碳、氢、氧、氮、的中的一种或几种的极性、可挥发的化合物。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述活化剂为NH3、CCl3H、CCl2H2、CClH3、CO2或水蒸气。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述碳化的条件为:气体流量为30-500cc/min,升温速率为1-100℃/min,碳化温度为300-1000摄氏度,碳化时间为1-6h。
所述的制备多孔碳的方法,其中,还包括步骤:使用稀盐酸超声清洗所得到的多孔碳,然后用蒸馏水、乙醇洗至滤出液为中性。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述稀盐酸为0.1-2M稀盐酸。
所述的制备多孔碳的方法,其中,所述惰性气氛为氮气或氩气。
一种多孔碳,其中,采用如上任一所述的制备多孔碳的方法制备而成。
有益效果:本发明使用一些含N、P、B、S等元素的材料作为碳源,后经过活化剂活化,制备出高比表面积和孔隙率的多孔碳。本发明牺牲弱键的方法,显著提高了活化剂对碳材料的活化效率。
附图说明
图1 为实施例3制备得到的多孔碳的氮气吸脱附曲线。
图2为实施例3制备得到的多孔碳的孔径分布图。
具体实施方式
本发明提供一种制备多孔碳的方法与多孔碳,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的一种制备多孔碳的方法较佳实施例,其中,包括步骤:将碳源与活化剂混合均匀,其混合质量比为1:(1~6),例如质量比可以为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5或1:6,并烘干后,惰性气氛下碳化,例如可以在氮气或氩气气氛下碳化,其中碳化的条件为:气体流量为30-500cc/min,升温速率为1-100oC/min,碳化温度为300-1000摄氏度,碳化时间为1-6h,得到多孔碳;其中,所述碳源含有N、P、B和S中的一种或多种元素。本发明制备多孔碳的方法,还可以直接碳化制成多孔碳。
本发明使用一些含N、P、B、S等元素的材料作为碳源,后经过KOH、H3PO4、ZnCl2、CO2或水蒸气等活化剂活化,制备出高比表面积多孔碳。这是由于C-N键、C-P键、C- B键和C-S键相比于C-C键键能更弱,所以活化剂会优先刻蚀N、P、B、S等杂元素及其周围的碳,从而形成均匀的孔洞,提高刻蚀效率,提高比表面积。本发明牺牲弱键的方法,显著提高了活化剂对碳材料的活化效率。
上述步骤具体为,本发明碳源与活化剂可以是固固混合,亦可以是水溶解活化剂后与碳源混合。充分烘干后,惰性气氛(如氮气或氩气)下碳化,得到多孔碳。之后使用过量的0.1-2M稀盐酸(优选2M稀盐酸)超声清洗所得到的多孔碳,然后用蒸馏水、乙醇洗至滤出液为中性。
优选地,本发明所述碳源可以为但不限于聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺、聚吡啶、聚噻吩、聚丙烯腈、蛋白质、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚,以及其他含有N、P、B或S的材料。更优选地,本发明所述碳源为聚吡咯、聚苯胺或聚吡啶。
更优选地,本发明所述碳化的条件为:气体流量为50-300cc/min,升温速率为1-100C/min,碳化温度为500-1000摄氏度,碳化时间为1-6h。当活化剂为CO2或水蒸气时,碳化过程中需要通入CO2气体或者水蒸气。
本发明的一种多孔碳,其中,采用如上任一所述的制备多孔碳的方法制备而成。本发明使用一些含N、S、P等元素的材料作为碳源进行碳化,得到的多孔碳具有高的比表面积与孔隙率,显著高于生物质材料制备的多孔碳。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
合成2g聚多巴胺,以质量比1:5的比例与KOH饱和溶液混合均匀,在120oC充分干燥后,转移至镍舟中;将装有混合后样品的镍舟转入管式炭化炉中,在流动氩气氛下(200cc/min),以5oC/min速率升温至200oC后保温3h,然后继续升温至碳化温度600 oC保温3h。待温度降至室温后,将样品取出,并用过量的2M HCl超声清洗1h;然后分别用去离子水和乙醇清洗三次至滤出液为中性,充分干燥后得到所制备的多孔碳。
实施例2~4
除了分别改变碳化温度为700 oC、800 oC和900 oC外,其他实验过程及其条件与实施例1相同。
对照例
除了以常见制备多孔碳的木屑作为碳源,其他实验过程及其条件与实施例1相同。
下面对实施例1~4与对照例的比表面积与总孔容进行测试,测试结果见下表1。
表1、测试结果
由上表可知,相同实验条件下,实施例3的比表面积与总孔容都远高于对照例,而且在600-800oC内,多孔碳的比表面积与总孔容随着碳化温度的升高而升高,碳化温度800oC为最优实验条件。实施例4中,由于温度过高,导致比表面积与总孔容有少许降低。
图1 为实施例3制备得到的多孔碳的氮气吸脱附曲线。由图可知,多孔碳对氮气表现出很高的吸附量,比表面积高达3887.3 m2·g-1。所得到的曲线为I和IV型,说明所制备的多孔碳微孔与介孔同时存在。
图2为实施例3制备得到的多孔碳的孔径分布图,其中介孔分布根据Barrett-Joyner-Halenda法(比表面积和孔径分布分析)得到,微孔分布根据Horvarth-Kawazoe法(微孔分布计算法)得到。由图可知,制备的多孔碳的微孔分布在0.5-1nm之间,介孔分布在4-10nm之间。
综上所述,本发明的一种制备多孔碳的方法与多孔碳,本发明使用一些含N、P、B、S等元素的材料作为碳源,后经过活化剂活化制备高比表面积多孔碳。由于C-N键、C-P键、C-B键和C-S键相比于C-C键键能更弱,所以活化剂会优先刻蚀N、P、B、S等杂元素及其周围的碳,从而形成均匀的孔洞,提高刻蚀效率,提高比表面积。本发明牺牲弱键的方法,显著提高了活化剂对碳材料的活化效率。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种制备多孔碳的方法,其特征在于,包括步骤:将碳源与活化剂混合均匀,并烘干后,惰性气氛下碳化,得到多孔碳;其中,所述碳源含有N、P、B和S中的一种或多种元素,利用C-N键、C-P键、C-S键和C-B键的键能弱于C-C键的特点,使活化剂优先蚀刻N、P、S、B元素及其周围的C;
所述碳源为聚多巴胺、聚吡啶、聚噻吩、聚苯硫醚中的一种;
所述碳化的条件为:气体流量为200cc/min,升温速率为5℃/min,升温至200℃保温3h,然后继续升温至碳化温度为800℃保温3h。
2.根据权利要求1所述的制备多孔碳的方法,其特征在于,所述活化剂为LiOH、NaOH、KOH、H3PO4、HNO3、H2SO4、LiCl、KCl、NaCl、ZnCl2、K2CO3、LiCO3、Na2CO3中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备多孔碳的方法,其特征在于,所述活化剂是含有碳、氢、氧、氮中的一种或多种的极性、沸点低于150℃的化合物。
4.根据权利要求3所述的制备多孔碳的方法,其特征在于,所述活化剂为NH3、CCl3H、CCl2H2、CClH3或水蒸气。
5.根据权利要求1所述的制备多孔碳的方法,其特征在于,还包括步骤:使用稀盐酸超声清洗所得到的多孔碳,然后用蒸馏水、乙醇洗至滤出液为中性。
6.根据权利要求5所述的制备多孔碳的方法,其特征在于,所述稀盐酸为0.1-2M稀盐酸。
7.根据权利要求1所述的制备多孔碳的方法,其特征在于,所述惰性气氛为氮气或氩气。
8.一种多孔碳,其特征在于,采用如权利要求1~7任一所述的制备多孔碳的方法制备而成。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710049825.6A CN106744803B (zh) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | 一种制备多孔碳的方法与多孔碳 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710049825.6A CN106744803B (zh) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | 一种制备多孔碳的方法与多孔碳 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106744803A CN106744803A (zh) | 2017-05-31 |
CN106744803B true CN106744803B (zh) | 2019-03-08 |
Family
ID=58942296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710049825.6A Active CN106744803B (zh) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | 一种制备多孔碳的方法与多孔碳 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106744803B (zh) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107459039A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-12 | 西安理工大学 | 一种多元素掺杂极性多孔碳及其制备方法与应用 |
CN107697912A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-16 | 青岛大学 | 一种生物质基多孔无定型碳纳米球电极材料的制备方法 |
CN107777686A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-03-09 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种采用聚苯硫醚废弃物制备原位掺硫活性炭的方法及其应用 |
CN107792844A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-03-13 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种三维泡沫碳的制备方法 |
CN108479710B (zh) * | 2018-06-05 | 2020-11-06 | 江西金海新能源科技有限公司 | 一种多孔碳材料的制备方法及其应用 |
EP3816105A4 (en) * | 2018-06-29 | 2021-09-01 | Toyo Tanso Co., Ltd. | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF POROUS CARBON, ELECTRODE AND CATALYST SUPPORT WITH A POROUS CARBON PRODUCED BY THIS PRODUCTION PROCESS |
CN109879267B (zh) | 2019-03-14 | 2021-01-26 | 中山大学 | 一种纳米多孔碳材料的制备方法 |
CN110342954A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-18 | 西安工程大学 | 一种高强度碳泡沫材料的制备方法 |
CN111732102B (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种强碱环境钌颗粒辅助刻蚀制备多孔碳材料的方法 |
CN111530409A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-14 | 湖南垚恒环境科技有限公司 | 一种沸石咪唑骨架材料衍生的氮掺杂多孔碳材料及其制备方法 |
CN111533124A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-08-14 | 湖南鑫恒环境科技有限公司 | 二维、氮掺杂纳米多孔碳材料及其制备方法 |
CN112062225A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-12-11 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种掺硫活性炭粒子电极三维电活化过硫酸盐降解有机物的方法 |
CN112531164B (zh) * | 2020-11-04 | 2022-08-26 | 中南大学 | 一种硅碳复合材料、制备方法及用途 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101006007A (zh) * | 2004-08-16 | 2007-07-25 | 王静 | 由芳香族有机前体制备整体多孔碳盘的方法 |
CN102583312A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 郑州大学 | 一种氮、磷掺杂多孔碳球的制备方法及应用 |
CN104495788A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-08 | 南京工业大学 | 一种多孔碳的制备方法 |
CN105271176A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-01-27 | 南通绿业中试技术研究院有限公司 | 一种富介孔碳材料及其制造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103714979B (zh) * | 2013-12-20 | 2016-05-11 | 北京化工大学 | 一种超级电容器用磷掺杂多孔碳材料的制备方法 |
CN103787304A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种一步法合成异相原子掺杂碳材料的方法 |
CN104843668A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-08-19 | 北京理工大学 | 一种用生物蛋白制备掺氮的多孔炭材料的方法 |
CN105293472A (zh) * | 2015-11-24 | 2016-02-03 | 绍兴文理学院 | 一种强酸性离子液体功能化的纳米多孔碳材料的制备方法 |
-
2017
- 2017-01-23 CN CN201710049825.6A patent/CN106744803B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101006007A (zh) * | 2004-08-16 | 2007-07-25 | 王静 | 由芳香族有机前体制备整体多孔碳盘的方法 |
CN102583312A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 郑州大学 | 一种氮、磷掺杂多孔碳球的制备方法及应用 |
CN104495788A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-08 | 南京工业大学 | 一种多孔碳的制备方法 |
CN105271176A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-01-27 | 南通绿业中试技术研究院有限公司 | 一种富介孔碳材料及其制造方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
KOH活化法制备PAN基活性碳纤维的研究;李全明等;《合成纤维》;20030430;第15页第2、5段 |
Polyurethane-derived N-doped porous carbon with interconnected sheet-like structure as polysulfide reservoir for lithium-sulfur batteries;Suo Xiao et al.;《Journal of Power Sources》;20150522;第293卷;第120页左栏第4段 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106744803A (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106744803B (zh) | 一种制备多孔碳的方法与多孔碳 | |
CN106861618B (zh) | 一种氮掺杂多孔空心碳球二氧化碳吸附材料及其制备方法与应用 | |
CN110451509B (zh) | 一种以硝酸锌为活化剂制备氮掺杂多孔碳材料的方法 | |
Kemp et al. | Activated carbon derived from waste coffee grounds for stable methane storage | |
CN102583312B (zh) | 一种氮、磷掺杂多孔碳球的制备方法及应用 | |
CN105017529B (zh) | 一种多级孔结构共价三嗪类骨架微孔聚合物的制备方法 | |
CN108128765B (zh) | 制备氮掺杂多孔碳材料的方法及应用 | |
KR101826585B1 (ko) | 질소 원소가 도핑된 그라핀 조립체 및 이의 제조방법 | |
CN106882783B (zh) | 一种固相法合成含氮硫多级孔炭的方法 | |
CN106564868B (zh) | 一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法 | |
Juárez-Galán et al. | Synthesis of activated carbon with highly developed “mesoporosity” | |
CN106807427A (zh) | 一种过渡金属嵌入式多孔氮磷掺杂碳材料及其制备方法和应用 | |
CN110117009B (zh) | 一种铁氮共掺杂磁性多孔石墨化纳米碳气凝胶的制备方法 | |
CN104226255A (zh) | 一种金属有机骨架-氧化石墨烯复合材料的制备方法 | |
CN105562050B (zh) | 一种多孔类石墨烯结构掺杂碳材料及其制备方法与应用 | |
KR101631180B1 (ko) | 화학적 활성화를 이용한 왕겨 기반 수소저장용 활성탄소의 제조방법 | |
CN109761216A (zh) | 一种通用的、基于有机锌盐制备多孔碳材料的方法 | |
Choi et al. | Preparation and characterization of sucrose-based microporous carbons for increasing hydrogen storage | |
CN107487766A (zh) | 一种杂原子掺杂三维多孔碳材料及其制备方法 | |
CN105879708A (zh) | 一种利用不同源氧化锌层诱导制备Co-ZIF-67金属有机骨架膜的方法 | |
CN107651687A (zh) | 一种富含吡啶氮元素的炭材料的制备方法及其应用 | |
KR101631181B1 (ko) | 이산화탄소 흡착용 활성 카본에어로겔의 제조방법 | |
CN103896250A (zh) | 一种有序介孔碳材料的制备方法 | |
Jiang et al. | Dimension conversion: from a 1D metal–organic gel into a 3D metal–organic porous network with high-efficiency multiple enzyme-like activities for cascade reactions | |
Kim et al. | Efficient micropore sizes for carbon dioxide physisorption of pine cone-based carbonaceous materials at different temperatures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |