[发明专利]一种具有高比表面和高石墨化程度的碳材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有高比表面和高石墨化程度的碳材料的制备方法与应用。本发明的制备方法包括步骤：1)选取低聚小分子，控制反应条件得到低聚物；2)将步骤1)得到的低聚物进行预处理；3)将步骤2)得到的产品进行磺化处理；4)将金属盐溶液加入到步骤3)中的磺化低聚物中，得到吸附金属离子的磺化低聚物；5)将步骤4)的吸附金属离子的磺化低聚物和金属盐进行混合；6)将步骤5)的混合物置入球磨罐，在Ar气氛下，高速球磨；7)将步骤6)球磨产物放入管式炉中，升温至900～1100℃得到碳粉。本发明的方法简单，成本低，所制备的碳材料对重金属有很高的吸附效率，作为燃料电池催化剂具有较高活性，在锂离子电池中表现了较高容量和寿命。

技术领域

本发明涉及新型碳材料的制备方法，属于材料制备技术领域，具体涉及一种具有高比表面和高石墨化的碳材料的制备方法与应用，该碳材料可应用于重金属的吸附、燃料电池催化剂和锂离子电池电极材料等领域。

背景技术

随着环境污染问题的频繁出现，人们对环境质量的关注和要求不断提高。重金属污染对生物和环境构成了严重的危害，因此，重金属的防治工作刻不容缓，对于重金属离子的检测变得尤为重要。常提到的重金属主要是指铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铋(Bi)、锌(Zn)、钴(Co)、铜(Cu)和镍(Ni)等元素。在重金属检测中，富集是一个关键步骤。通常采用氧化还原法、化学沉淀法、离子交换法、化学氧化法、絮凝沉淀法和膜过滤法等富集空气中的污染物，但是这些处理方法存在操作过程复杂、运行成本高以及会造成二次污染等缺点。

吸附法是近年来研究与应用最为活跃的富集空气中有毒污染物的处理方法。吸附剂材料的吸附分离作用是利用多孔性的固体化合物通过物理或化学方法有效地对某一种或数种组分进行分离和富集。吸附剂材料大体上可分为有机、无机和生物三大类。目前常用富集方法是空气滤膜，这是一种多孔高分子膜。空气在气泵的作用下通过滤膜，其中的重金属颗粒被隔离，从而在膜上富集。这是一种纯物理的富集方式，富集效率低，从而导致最终分析结果的可靠性下降。相对于高分子膜，多孔碳膜是一种效率更高成本更低的解决方案。多孔碳膜具有比表面积大，可通过嫁接基团进行功能化的优点，通过嫁接易与重金属键和的基团，加上多孔材料本身的巨大比表面，可以实现高效率富集。

碳材料在燃料电池的阴极和阳极都有重要应用。碳材料作为催化剂载体可以大大降低贵金属的用量，从而降低燃料电池成本。新型的阴极氧还原催化剂更是以碳材料为基础，直接进行掺氮处理便具有氧还原催化活性。

石墨已经是一种商业化的锂离子电池负极材料。其稳定的充放电性能保证了锂离子电池的循环性能。但是随着用电设备对储电能力要求的逐渐提高，传统的石墨已经不能满足高容量的要求，所以，对新型碳材料作为锂离子电池负极材料的研究也是一个热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高比表面和高石墨化的碳材料的制备方法，本发明所制备的碳材料石墨化程度高、密度极小且具有金属光泽。本发明的制备方法最突出的特点是以低聚小分子作为碳源，通过高速高能球磨技术造孔制造表面缺陷，通过高温裂解发生石墨化，前驱体在高温裂解过程中发生升华，沉积在管壁，形成具有金属光泽的石墨化碳。

本发明的另一目的是提供一种具有高比表面和高石墨化的碳材料的应用，包括重金属颗粒吸附、燃料电池和锂离子电池中的应用。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的：

一种具有高比表面和高石墨化的碳材料的制备方法，具体包括以下步骤：

1)选取低聚小分子，控制反应条件得到低聚物；

2)将步骤1)得到的低聚物进行预处理；

3)将步骤2)得到的产品进行磺化处理；