RU2681005C1 - Method of obtaining mesoporous carbon - Google Patents
Method of obtaining mesoporous carbon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681005C1 RU2681005C1 RU2017142073A RU2017142073A RU2681005C1 RU 2681005 C1 RU2681005 C1 RU 2681005C1 RU 2017142073 A RU2017142073 A RU 2017142073A RU 2017142073 A RU2017142073 A RU 2017142073A RU 2681005 C1 RU2681005 C1 RU 2681005C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mesoporous carbon
- carbon
- temperature
- mesopores
- pore volume
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения углеродных материалов, в частности мезопористого углерода, который может быть использован в качестве электродного материала в химических источниках тока (Wang J., Wu Y., Shi Z., Wu C. Mesoporous carbon with large pore volume and high surface area prepared by a co-assembling route for lithium-sulfur batteries // Electrochim. Acta. 2014. V. 144. P. 307–314) и конденсаторах (Ortiz-Bustos J., Real S.G., Cruz M., Santos-Pena J. Novel templated mesoporous carbons as electrode for electrochemical capacitors with aqueous neutral electrolytes // Microporous Mesoporous Mater. 2017. V. 242. P. 221-230), а также в качестве носителя катализаторов (Ji T., Chen L., Mu L., Yuan R., Knoblauch M., Bao F.S., Shi Y., Wang H., Zhu J. Green processing of plant biomass into mesoporous carbon as catalyst support адсорбента // Chem. Eng. J. 2016. V. 295. P. 301–308), адсорбента (Libbrecht W., Verberckmoes A., Thybaut J.W., Van Der Voort P., De Clercq J. Soft templated mesoporous carbons: Tuning the porosity for the adsorption of large organic pollutants // Carbon. 2017. V. 116. P. 528-546). Согласно классификации IUPAC, к мезопористым материалам относятся соединения с размерами пор 2-50 нм, при этом объем пор углеродного материала, используемого в качестве сорбента медицинского назначения, является одним из основных показателей его эффективной работы в качестве гемо- и энтеросорбентов (Суровкин В.Ф., Пьянова Л.Г., Лузянина Л.С. Новые гемо- и энтеросорбенты на основе нанодисперсных углерод-углеродных материалов // Рос. хим. журн. 2007. Т. LI. С. 159-165).The invention relates to a method for producing carbon materials, in particular mesoporous carbon, which can be used as electrode material in chemical power sources (Wang J., Wu Y., Shi Z., Wu C. Mesoporous carbon with large pore volume and high surface area prepared by a co-assembling route for lithium-sulfur batteries // Electrochim. Acta. 2014. V. 144. P. 307-314) and capacitors (Ortiz-Bustos J., Real SG, Cruz M., Santos-Pena J. Novel templated mesoporous carbons as electrode for electrochemical capacitors with aqueous neutral electrolytes // Microporous Mesoporous Mater. 2017. V. 242. P. 221-230), and also as a catalyst carrier (Ji T., Chen L., Mu L., Yuan R., Knoblauch M., Bao FS, Shi Y., Wang H., Zhu J. Green process ing of plant biomass into mesoporous carbon as catalyst support adsorbent // Chem. Eng. J. 2016. V. 295. P. 301-308), adsorbent (Libbrecht W., Verberckmoes A., Thybaut JW, Van Der Voort P. , De Clercq J. Soft templated mesoporous carbons: Tuning the porosity for the adsorption of large organic pollutants // Carbon. 2017. V. 116. P. 528-546). According to the IUPAC classification, compounds with pore sizes of 2-50 nm are classified as mesoporous materials, while the pore volume of the carbon material used as a medical sorbent is one of the main indicators of its effective operation as hemo- and enterosorbents (V. Surovkin ., Pyanova L.G., Luzyanina L.S. New hemo- and enterosorbents based on nanodispersed carbon-carbon materials // Russian Chemical Chemistry Journal 2007. T. LI. S. 159-165).
Известен способ получения мезопористого углерода, включающий плавление смеси фурфурола и фенола (или гидрохинона) с гидроксидом натрия NaOH и/или калия KOH в массовом соотношении 1 : 2÷7 с последующей карбонизацией плава при температуре 700-900 оС в среде отходящих газов. На второй стадии карбонизат отмывают водой до нейтральной среды и сушат при температуре 105-115 оС. Полученный карбонизат могут подвергнуть активации диоксидом углерода CO2 при температуре 800-900 оС. В результате получают мезопористый углеродный материал со следующими характеристиками: удельная поверхность 2450-2950 м2/г, объем мезопор 2.5-4.5 см3/г. (Патент RU 2583026, МПК С01В 31/02, 2015 год).A known method of producing mesoporous carbon, comprising melting a mixture of furfural and phenol (or hydroquinone) with sodium hydroxide NaOH and / or potassium KOH in a mass ratio of 1: 2 ÷ 7, followed by carbonization of the melt at a temperature of 700-900 about In the environment of the exhaust gases. In the second step carbonizate washed with water to neutral pH and dried at a temperature of 105-115 C. The resulting carbonizate may expose activate carbon dioxide CO 2 at a temperature of 800-900 C. As a result, the mesoporous carbon material prepared with the following characteristics: specific surface 2450- 2950 m 2 / g, mesopore volume 2.5-4.5 cm 3 / g. (Patent RU 2583026, IPC СВВ 31/02, 2015).
Недостатком известного способа является сложность процесса, обусловленная необходимостью использования токсичного сырья: смеси индивидуальных органических соединений, одним из компонентов которых является токсичный фурфурол, воздействующий на нервную систему и являющийся канцерогеном 3 группы, а вторым компонентом является фенол, относящийся к веществам со 2 классом опасности. Кроме того, сложность процесса обусловлена проведением термообработки в два этапа (активация с NaОН и/или KOH, а также дополнительно в токе СО2). При этом объемная доля мезопор после дополнительной активации диоксидом углерода не превышает 92.9%. The disadvantage of this method is the complexity of the process, due to the need to use toxic raw materials: mixtures of individual organic compounds, one of the components of which is toxic furfural, which affects the nervous system and is a carcinogen of group 3, and the second component is phenol, which belongs to substances with
Известен способ получения мезопористого углерода, включающий две стадии термообработки. На первой стадии проводят термическое разложение тартрата кальция CaC4H4O6 или тартрата кальция, допированного переходным металлом М (М = Fe, Co, Ni), при температуре 700-900 °С в инертной атмосфере в течение 10 мин. На второй стадии при температуре 700-800 °С в течение 1 ч в реактор подается жидкое (ацетонитрил, этанол, толуол) или газообразное (метан, этилен, ацетилен, метан) углеродсодержащее соединение или их смесь. Полученный продукт охлаждается, обрабатывается водным раствором соляной кислоты (1 : 1) до получения тонкой взвеси черного вещества в растворе. Полученную взвесь отфильтровывают, промывают водой до нейтрального рН, сушат на воздухе при температуре 100 °С. Полученный мезопористый углерод характеризуется площадью удельной поверхности равной 850-930 м2/г, объемом пор равным 2.9-3.3 см3/г и диаметром пор равным 10-30 нм. (Патент RU 2530124, МПК C1B 31/02, B82B 3/00, B 82Y 40/00, 2014 год).A known method of producing mesoporous carbon, comprising two stages of heat treatment. At the first stage, thermal decomposition of calcium tartrate CaC 4 H 4 O 6 or calcium tartrate doped with transition metal M (M = Fe, Co, Ni) is carried out at a temperature of 700-900 ° C in an inert atmosphere for 10 min. In the second stage, a liquid (acetonitrile, ethanol, toluene) or gaseous (methane, ethylene, acetylene, methane) carbon-containing compound or mixture thereof is fed into the reactor at a temperature of 700-800 ° C for 1 h. The resulting product is cooled, treated with an aqueous solution of hydrochloric acid (1: 1) to obtain a fine suspension of black substance in solution. The resulting suspension is filtered off, washed with water to a neutral pH, dried in air at a temperature of 100 ° C. The obtained mesoporous carbon is characterized by a specific surface area of 850-930 m 2 / g, a pore volume of 2.9-3.3 cm 3 / g and a pore diameter of 10-30 nm. (Patent RU 2530124, IPC C1B 31/02, B82B 3/00, B 82Y 40/00, 2014).
Недостатком известного способа является сложность процесса вследствие проведения термообработки в два этапа. Кроме того, сложность процесса обусловлена необходимостью использования двух видов сырья: тартрата кальция, являющегося предшественником темплата, и источника углеводорода в виде паров углеродсодержащих соединений.The disadvantage of this method is the complexity of the process due to the heat treatment in two stages. In addition, the complexity of the process is due to the need to use two types of raw materials: calcium tartrate, which is the precursor of the template, and a hydrocarbon source in the form of vapors of carbon-containing compounds.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения мезопористого углерода, включающий термическое разложение цитрата кальция в токе инертного газа при температуре 500-1000 °С в течение 2-5 ч, охлаждение полученного продукта до комнатной температуры, с последующей его промывкой водным раствором соляной кислоты HCl для удаления оксида кальция, а затем водой до нейтральной среды, фильтрацией и лиофильной сушкой. Согласно данным химического анализа в синтезированном мезопористом углероде содержание углерода равно 89.66 вес.%, кислорода - 10.09 вес.%, хлора - 0.25 вес.%. Согласно кривой распределения удельного объема пор в зависимости от их размера в синтезированном мезопористом углероде наблюдается бимодальное распределение пор, то есть наряду с мезопорами (размером 3-20 нм), присутствуют макропоры с преимущественным размером пор равным 75 нм. Суммарный удельный объем пор при этом составляет 1.0 см3/г, а объемная доля мезопор не превышает 65%. (Патент CN 106450308, МПК B82 Y40/00, H01 M4/1393, H01 M4/583, 2016 год) (прототип).Closest to the proposed technical solution is a method for producing mesoporous carbon, including thermal decomposition of calcium citrate in an inert gas stream at a temperature of 500-1000 ° C for 2-5 hours, cooling the resulting product to room temperature, followed by washing with an aqueous solution of hydrochloric acid HCl to remove calcium oxide, and then with water until neutral, by filtration and freeze drying. According to the data of chemical analysis in the synthesized mesoporous carbon, the carbon content is 89.66 wt.%, Oxygen is 10.09 wt.%, Chlorine is 0.25 wt.%. According to the distribution curve of the specific pore volume depending on their size, a bimodal pore distribution is observed in the synthesized mesoporous carbon, that is, along with mesopores (3-20 nm in size), macropores with a predominant pore size of 75 nm are present. The total specific pore volume in this case is 1.0 cm 3 / g, and the volume fraction of mesopores does not exceed 65%. (Patent CN 106450308, IPC B82 Y40 / 00, H01 M4 / 1393, H01 M4 / 583, 2016) (prototype).
Недостатком известного способа является высокое содержание кислорода в мезопористом углерода, а также наличие в качестве примеси хлора. Кроме того, известный способ не позволяет получать мезопористый углерод с высокой объемной долей мезопор, что является одним из основных условий для эффективного использования мезопористого углерода в качестве материала медицинского назначения.The disadvantage of this method is the high oxygen content in the mesoporous carbon, as well as the presence of chlorine as an impurity. In addition, the known method does not allow to obtain mesoporous carbon with a high volume fraction of mesopores, which is one of the main conditions for the effective use of mesoporous carbon as a material for medical purposes.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения мезопористого углерода, который позволил бы повысить качество конечного продукта за счет уменьшения содержания кислорода и полного отсутствия примеси ионов хлора, а также увеличения удельного объема пор за счет отсутствия макропор, и как следствие, увеличения объемной доли мезопор.Thus, the authors were faced with the task of developing a method for producing mesoporous carbon, which would improve the quality of the final product by reducing the oxygen content and the complete absence of chlorine ion impurities, as well as increasing the specific pore volume due to the absence of macropores, and as a result, increasing the volume fraction mesopore.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения мезопористого углерода, включающем термообработку металлорганического соединения в инертной атмосфере (азот, аргон) с последующей обработкой полученного продукта водным раствором соляной кислоты, промывание и сушку, в котором в качестве металлорганического соединения используют глицеролат цинка состава Zn(C3H7O3)4.The problem is solved in the proposed method for producing mesoporous carbon, including heat treatment of an organometallic compound in an inert atmosphere (nitrogen, argon), followed by treatment of the obtained product with an aqueous solution of hydrochloric acid, washing and drying, in which zinc glycerolate of composition Zn (C 3 H 7 O 3 ) 4 .
При этом термообработку проводят при температуре 500-750 оС.When this heat treatment is carried out at a temperature of 500-750 about C.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения мезопористого углерода с использованием в качестве металлорганического прекурсора глицеролата цинка в предлагаемых авторами условиях.Currently, from the patent and scientific literature there is no known method for producing mesoporous carbon using zinc glycerolate as an organometallic precursor under the conditions proposed by the authors.
Исследования, проведенные авторами, позволили сделать вывод, что мезопористый углерод может быть получен простым и технологичным способом, при условии использования в процессе термического разложения металлорганического прекурсора - глицеролата цинка Zn(C3H7O3)4. Согласно данным рентгенофазового анализа в результате термического разложения при термообработке глицеролата цинка образуется нанокомпозит ZnO/C. По данным СЭМ высокого разрешения, частицы углерода в нанокомпозите ZnO/C имеют морфологию высокопористых нанопластин толщиной 600 - 800 нм. Это позволяет при дальнейшей обработке ZnO/C водным раствором соляной кислоты HCl, сопровождающейся растворением оксида цинка, получить мезопористый углерод с высоким объемом пор (до 3.16 см3/г). Экспериментально показано, что в процессе формирования нанокомпозита ZnO/C при термическом разложении глицеролата цинка образуются частицы углерода с уникальной пористой морфологией, что обеспечивает высокий объем мезопор конечного продукта - мезопористого углерода. Кроме того, образование нанокомпозита ZnO/C в процессе термического разложения глицеролата цинка позволяет получать мезопористый углерод с низким содержанием кислорода (менее 10 вес.%) и мономодальным распределением пор, то есть с высокой объемной долей мезопор, поскольку экспериментальным путем авторами было установлено, что возникновение пор в углероде связано с образованием газообразных продуктов реакции термического разложения глицеролата цинка. В отличие от цитрата кальция, используемого в известном способе-прототипе, разлагающегося с выделением только паров воды и диоксида углерода (Mansour S.A.A. Thermal decomposition of calcium citrate tetrahydrate // Thermochim. Acta. 1994. V.233. p.243-256), термическое разложение глицеролата цинка дополнительно сопровождается выделением паров ацетальдегида СН3СНО. Это обеспечивает возникновение и развитие в конечном продукте более пористой структуры с высоким объемом мезопор.The studies conducted by the authors led to the conclusion that mesoporous carbon can be obtained in a simple and technologically advanced way, provided that the organometallic precursor Zn glycerolate Zn (C 3 H 7 O 3 ) 4 is used in the process of thermal decomposition. According to x-ray phase analysis, as a result of thermal decomposition during heat treatment of zinc glycerolate, a ZnO / C nanocomposite is formed. According to high-resolution SEM, carbon particles in the ZnO / C nanocomposite have a morphology of highly porous nanoplates with a thickness of 600 - 800 nm. This allows further processing of ZnO / C with an aqueous solution of hydrochloric acid HCl, accompanied by dissolution of zinc oxide, to obtain mesoporous carbon with a high pore volume (up to 3.16 cm 3 / g). It was experimentally shown that during the formation of the ZnO / C nanocomposite during the thermal decomposition of zinc glycerolate, carbon particles with a unique porous morphology are formed, which ensures a high volume of mesopores of the final product - mesoporous carbon. In addition, the formation of the ZnO / C nanocomposite during the thermal decomposition of zinc glycerolate allows mesoporous carbon with a low oxygen content (less than 10 wt.%) And a monomodal pore distribution, i.e., with a high volume fraction of mesopores, since it was experimentally established by the authors that the appearance of pores in carbon is associated with the formation of gaseous products of the reaction of thermal decomposition of zinc glycerolate. In contrast to the calcium citrate used in the known prototype method, which decomposes with the release of only water vapor and carbon dioxide (Mansour SAA Thermal decomposition of calcium citrate tetrahydrate // Thermochim. Acta. 1994. V.233. P.243-256), the thermal decomposition of zinc glycerolate is additionally accompanied by the release of acetaldehyde CH 3 CHO vapor. This ensures the emergence and development of a more porous structure with a high volume of mesopores in the final product.
Авторами экспериментальным путем были установлены параметры процесса. Так, при снижении температуры термообработки глицеролата цинка ниже 500°С имеет место неполная деструкция металлорганического прекурсора. В продуктах реакции наблюдается в качестве примеси карбонат цинка ZnCO3, удаление которого при растворении в кислоте приводит к появлению в углероде значительного количества макропор. При повышении температуры выше 750°С происходит частичное восстановление ионов цинка(II) с образованием элементарного цинка Zn в качестве примесной фазы, удаление которого при растворении в кислоте приводит к появлению в углероде значительного количества микропор и снижению удельного объема пор.The authors experimentally established the process parameters. Thus, with a decrease in the temperature of heat treatment of zinc glycerolate below 500 ° C, incomplete destruction of the organometallic precursor takes place. In the reaction products, zinc carbonate ZnCO 3 is observed as an impurity, the removal of which upon dissolution in acid leads to the appearance of a significant amount of macropores in carbon. With an increase in temperature above 750 ° C, partial reduction of zinc (II) ions occurs with the formation of elemental zinc Zn as an impurity phase, the removal of which upon dissolution in acid leads to the appearance of a significant amount of micropores in carbon and a decrease in specific pore volume.
На фиг. 1 приведено СЭМ-изображение мезопористого углерода. In FIG. 1 shows an SEM image of mesoporous carbon.
На фиг. 2 представлен спектр энергодисперсионного рентгеновского микроанализа мезопористого углерода.In FIG. Figure 2 shows the spectrum of energy dispersive X-ray microanalysis of mesoporous carbon.
На фиг. 3 представлен КР-спектр мезопористого углерода.In FIG. Figure 3 shows the Raman spectrum of mesoporous carbon.
На фиг. 4 представлена зависимость дифференциального распределения объема пор по их размерам для мезопористого углерода.In FIG. Figure 4 shows the dependence of the differential distribution of pore volume over their size for mesoporous carbon.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут порошок глицеролата цинка Zn(C3H7O3)4 и помещают его в фарфоровую лодочку. Затем загружают в трубчатую печь, нагревают в токе инертного газа (азот, аргон) со скоростью 5-7°С/мин до температуры 500-750°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры, а затем обрабатывают 3М водным раствором соляной кислоты HCl. Полученный осадок черного цвета фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при 80°С. Аттестацию конечного продукта проводят с помощью КР-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) совмещенной с энергодисперсионным рентгеновским микроанализом. Содержание углерода и кислорода в композите определяли химическим методом. Площадь удельной поверхности и пористость материала определяли методом Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) по низкотемпературной адсорбции азота. Согласно СЭМ частицы мезопористого углерода имеют морфологию подобную гибким чешуйкам толщиной 700-750 нм (фиг. 1). Отсутствие ионов хлора в мезопористом углероде подтверждено энергодисперсионным рентгеновским микроанализом (фиг. 2). КР-спектр полученного мезопористого углерода представлен G-полосой при 1601 см-1, принадлежащей графитоподобному углероду, и D-полосой при 1318 см-1, связанной с дефектами (фиг. 3). Зависимость дифференциального распределения объема пор по размерам позволила определить преимущественный диаметр пор мезопористого углерода, равный 8-14 нм (фиг. 4).The proposed method can be implemented as follows. Take zinc glycerolate powder Zn (C 3 H 7 O 3 ) 4 and place it in a porcelain boat. Then loaded into a tube furnace, heated in a stream of inert gas (nitrogen, argon) at a rate of 5-7 ° C / min to a temperature of 500-750 ° C and maintained at this temperature for 2 hours. The resulting product was cooled to room temperature, and then treated with 3M aqueous hydrochloric acid HCl. The resulting black precipitate was filtered, washed with water and dried in air at 80 ° C. Certification of the final product is carried out using Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM) combined with energy dispersive x-ray microanalysis. The content of carbon and oxygen in the composite was determined by the chemical method. The specific surface area and porosity of the material were determined by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method by low-temperature nitrogen adsorption. According to SEM, mesoporous carbon particles have a morphology similar to flexible flakes with a thickness of 700-750 nm (Fig. 1). The absence of chlorine ions in mesoporous carbon is confirmed by energy dispersive X-ray microanalysis (Fig. 2). The Raman spectrum of the obtained mesoporous carbon is represented by a G-band at 1601 cm -1 belonging to graphite-like carbon and a D-band at 1318 cm -1 associated with defects (Fig. 3). The dependence of the differential distribution of pore volume by size made it possible to determine the predominant pore diameter of mesoporous carbon equal to 8-14 nm (Fig. 4).
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Берут 0.9 г порошка глицеролата цинка Zn(C3H7O3)4 и загружают в трубчатую печь, нагревают в токе азота со скоростью 5 °С/мин до температуры 750°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры, а затем обрабатывают 3М водным раствором соляной кислоты HCl. Полученный осадок черного цвета фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при 80 °С. По данным СЭМ, КР-спектроскопии и химического анализа полученный продукт является мезопористым углеродом с концентрацией углерода равной 96.4 вес.%, кислорода - 3.6 вес.%, хлора – 0, состоящим из гибких чешуек толщиной 700-750 нм. По данным по низкотемпературной адсорбции азота площадь удельной поверхности мезопористого углерода составляет 750 м2/г, удельный объем пор равен 2.32 см3/г с объемной долей мезопор больше 99 %.Example 1. Take 0.9 g of powder of zinc glycerolate Zn (C 3 H 7 O 3 ) 4 and loaded into a tube furnace, heated in a stream of nitrogen at a speed of 5 ° C / min to a temperature of 750 ° C and kept at this temperature for 2 hours The resulting product is cooled to room temperature, and then treated with 3M aqueous hydrochloric acid HCl. The resulting black precipitate was filtered, washed with water and dried in air at 80 ° C. According to SEM, Raman spectroscopy and chemical analysis, the resulting product is mesoporous carbon with a carbon concentration of 96.4 wt.%, Oxygen - 3.6 wt.%, Chlorine - 0, consisting of flexible flakes 700-750 nm thick. According to the data on low-temperature nitrogen adsorption, the specific surface area of mesoporous carbon is 750 m 2 / g, the specific pore volume is 2.32 cm 3 / g with a volume fraction of mesopores greater than 99%.
Пример 2. Берут 0.9 г порошка глицеролата цинка Zn(C3H7O3)4 и загружают в трубчатую печь, нагревают в токе азота со скоростью 5 °С/мин до температуры 500 °С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры, а затем обрабатывают 3М водным раствором соляной кислоты HCl. Полученный осадок черного цвета фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при 80°С. По данным СЭМ, КР-спектроскопии и химического анализа полученный продукт является мезопористым углеродом с концентрацией углерода равной 90.2 вес.%, кислорода - 9.8. вес.%, хлора - 0, состоящим из гибких чешуек толщиной 700-750 нм. По данным по низкотемпературной адсорбции азота площадь удельной поверхности мезопористого углерода составляет 1187 м2/г, удельный объем пор равен 2.63 см3/г с объемной долей мезопор больше 97 %.Example 2. Take 0.9 g of powder of zinc glycerolate Zn (C 3 H 7 O 3 ) 4 and loaded into a tube furnace, heated in a stream of nitrogen at a speed of 5 ° C / min to a temperature of 500 ° C and kept at this temperature for 2 hours The resulting product is cooled to room temperature, and then treated with 3M aqueous hydrochloric acid HCl. The resulting black precipitate was filtered, washed with water and dried in air at 80 ° C. According to SEM, Raman spectroscopy and chemical analysis, the resulting product is mesoporous carbon with a carbon concentration of 90.2 wt.%, Oxygen - 9.8. wt.%, chlorine - 0, consisting of flexible flakes with a thickness of 700-750 nm. According to the data on low-temperature nitrogen adsorption, the specific surface area of mesoporous carbon is 1187 m 2 / g, the specific pore volume is 2.63 cm 3 / g with a volume fraction of mesopores of more than 97%.
Пример 3. Берут 0.9 г порошка глицеролата цинка Zn(C3H7O3)4 и загружают в трубчатую печь, нагревают в токе аргона со скоростью 7 °С/мин до температуры 700°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры, а затем обрабатывают 3М водным раствором соляной кислоты HCl. Полученный осадок черного цвета фильтруют, промывают водой и сушат на воздухе при 80°С. По данным СЭМ, КР-спектроскопии и химического анализа полученный продукт является мезопористым углеродом с концентрацией углерода равной 93.6 вес.%, кислорода - 6.4 вес.%, хлора - 0, состоящим из гибких чешуек толщиной 700-750 нм. По данным по низкотемпературной адсорбции азота площадь удельной поверхности мезопористого углерода составляет 985 м2/г, удельный объем пор равен 3.16 см3/г с объемной долей мезопор больше 99 %.Example 3. Take 0.9 g of powder of zinc glycerolate Zn (C 3 H 7 O 3 ) 4 and loaded into a tube furnace, heated in a stream of argon at a rate of 7 ° C / min to a temperature of 700 ° C and kept at this temperature for 2 hours The resulting product is cooled to room temperature, and then treated with 3M aqueous hydrochloric acid HCl. The resulting black precipitate was filtered, washed with water and dried in air at 80 ° C. According to SEM, Raman spectroscopy and chemical analysis, the resulting product is mesoporous carbon with a carbon concentration of 93.6 wt.%, Oxygen - 6.4 wt.%, Chlorine - 0, consisting of flexible flakes 700-750 nm thick. According to the data on low-temperature nitrogen adsorption, the specific surface area of mesoporous carbon is 985 m 2 / g, the specific pore volume is 3.16 cm 3 / g with a volume fraction of mesopores greater than 99%.
Таким образом, авторами предлагается простой и технологичный способ получения мезопористого углерода, позволяющий повысить качество конечного продукта за счет уменьшения содержания кислорода, отсутствия в качестве примеси ионов хлора, увеличения удельного объема пор за счет увеличения объемной доли мезопор и полного отсутствия макропор.Thus, the authors propose a simple and technologically advanced method for producing mesoporous carbon, which allows improving the quality of the final product by reducing the oxygen content, the absence of chlorine ions as an impurity, and increasing the specific pore volume by increasing the volume fraction of mesopores and the complete absence of macropores.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142073A RU2681005C1 (en) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Method of obtaining mesoporous carbon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017142073A RU2681005C1 (en) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Method of obtaining mesoporous carbon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2681005C1 true RU2681005C1 (en) | 2019-03-01 |
Family
ID=65632920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017142073A RU2681005C1 (en) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Method of obtaining mesoporous carbon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2681005C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111994897A (en) * | 2020-09-08 | 2020-11-27 | 许昌学院 | Simple preparation method of honeycomb porous carbon with high specific surface area |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2366510C1 (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-10 | Вячеслав Сергеевич Жабреев | Binding material (cement, lime and gypsum) activation method of building products |
| US20110097583A1 (en) * | 2000-08-09 | 2011-04-28 | Stephen Robert Tenninson | Porous carbons |
| RU2530124C2 (en) * | 2012-12-25 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук | Carbon material and method for production thereof |
| RU2583026C2 (en) * | 2014-02-11 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | Method for obtaining mesoporous carbon material |
| CN106450308A (en) * | 2016-09-09 | 2017-02-22 | 成都理工大学 | High-capacity mesoporous carbon nanofiber for lithium-ion battery and preparation method of high-capacity mesoporous carbon nanofiber |
-
2017
- 2017-12-04 RU RU2017142073A patent/RU2681005C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110097583A1 (en) * | 2000-08-09 | 2011-04-28 | Stephen Robert Tenninson | Porous carbons |
| RU2366510C1 (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-10 | Вячеслав Сергеевич Жабреев | Binding material (cement, lime and gypsum) activation method of building products |
| RU2530124C2 (en) * | 2012-12-25 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук | Carbon material and method for production thereof |
| RU2583026C2 (en) * | 2014-02-11 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук | Method for obtaining mesoporous carbon material |
| CN106450308A (en) * | 2016-09-09 | 2017-02-22 | 成都理工大学 | High-capacity mesoporous carbon nanofiber for lithium-ion battery and preparation method of high-capacity mesoporous carbon nanofiber |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111994897A (en) * | 2020-09-08 | 2020-11-27 | 许昌学院 | Simple preparation method of honeycomb porous carbon with high specific surface area |
| CN111994897B (en) * | 2020-09-08 | 2023-05-02 | 许昌学院 | Simple preparation method of honeycomb porous carbon with high specific surface area |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Indrawirawan et al. | Low temperature combustion synthesis of nitrogen-doped graphene for metal-free catalytic oxidation | |
| Sevilla et al. | A general and facile synthesis strategy towards highly porous carbons: carbonization of organic salts | |
| CN107459029B (en) | Nitrogen/metal atom doped hollow polyhedral nano carbon shell material and preparation method thereof | |
| Mahmoudian et al. | Single-step scalable synthesis of three-dimensional highly porous graphene with favorable methane adsorption | |
| CN112194112B (en) | High-capacitance hierarchical pore carbon material and preparation method and application thereof | |
| KR101608850B1 (en) | Hollow porous carbon particles and their synthetic method | |
| Zhang et al. | Porous carbon-based MgAlF5· 1.5 H2O composites derived from carbon-coated clay presenting super high adsorption capacity for Congo Red | |
| Acharya et al. | Incorporating nitrogen vacancies in exfoliated B-doped gC 3 N 4 towards improved photocatalytic ciprofloxacin degradation and hydrogen evolution | |
| Ng et al. | Enhancing the performance of 3D porous N-doped carbon in oxygen reduction reaction and supercapacitor via boosting the meso-macropore interconnectivity using the “exsolved” dual-template | |
| Veksha et al. | Heteroatom doped carbon nanosheets from waste tires as electrode materials for electrocatalytic oxygen reduction reaction: Effect of synthesis techniques on properties and activity | |
| JP2006347864A (en) | Method for producing mesoporous carbon, and mesoporous carbon | |
| CN109110742B (en) | Mesoporous carbon prepared by manganese compound and preparation method thereof | |
| US20220048772A1 (en) | Carbon-Carbon Nanotube Hybrid Materials and Methods of Producing Same | |
| CN115138388B (en) | Cobalt-nitrogen-carbon catalyst with high dispersity and preparation method thereof | |
| JPH07155589A (en) | Production of carbon material having large specific surface area | |
| Gholidoust et al. | CO2 sponge from plasma enhanced seeded growth of metal organic frameworks across carbon nanotube bucky-papers | |
| Pan et al. | Fabrication of large-surface-area graphitized carbons by potassium hydroxide-promoted catalytic graphitization | |
| RU2681005C1 (en) | Method of obtaining mesoporous carbon | |
| CN110104634B (en) | Three-dimensional graphene and preparation method and application thereof | |
| Teh et al. | ZnCl2/NaCl-catalysed hydrothermal carbonization of glucose and oil palm shell fiber | |
| KR20210128176A (en) | Method for Preparing Graphene-Carbon Nanotube Composite | |
| JP2006056750A (en) | Porous carbonaceous material and its manufacturing method | |
| RU2530124C2 (en) | Carbon material and method for production thereof | |
| KR102357700B1 (en) | S and n dual-doped graphitic porous carbon, a catalyst including the same and method for preparing the same | |
| KR102128160B1 (en) | Porous carbon-metal oxide composite for removal of heavy metal ions and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201205 |