[发明专利]一种高比表面积多孔材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种以煤或重质有机物为原料经过化学交联、物理活化法制备高比表面积多孔炭材料的方法，属于材料技术领域。该方法包括如下步骤：将煤或重质有机物用溶剂进行溶胀处理，加入交联剂，在路易斯酸的催化下，反应得到产物A，然后经溶剂洗涤、过滤，之后干燥得到多孔聚合物；多孔聚合物在二氧化碳、水蒸气、空气或它们的混合物气氛下，进行活化处理，得到多孔炭材料。本发明制备的多孔聚合物具有优良的热稳定性，可应用于耐热材料领域；本发明制备的多孔炭材料的比表面积可达2200m²g^‑1，可应用于超级电容器电极材料、吸附材料、催化剂载体等领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用煤或重质有机物通过化学交联、物理活化制备高比表面积多孔材料的方法和应用。

背景技术

多孔炭材料由于具有比表面积高、物理化学稳定性优异和孔结构发达等优点，在吸附、分离、催化、石油化工和医疗卫生等领域有着广泛且重要的应用，已经成为人们生活和工农业生产过程必不可少的重要产品，因而备受业界的广泛关注。

迄今为止，制备多孔炭材料的方法主要包括活化法和模板法。其中，模板法由于耗时长、合成过程繁琐、成本高等缺点难以在大规模应用上发挥作用。同时，去除模板需要用氢氟酸或者腐蚀性的强碱，对环境危害较大。活化法是目前制备多孔炭材料最普遍与成熟的技术路线，主要分为化学活化法和物理活化法。其中，化学活化法、尤其是采用氢氧化钾作为活化剂的致孔效果好，可以在较短的时间内刻蚀出大量微孔，获得高比表面积多孔炭材料。中国专利CN108455604A公开了一种羧基沥青基多孔炭及其制备方法与用途，将羧基沥青粉末与质量浓度为20～40％的KOH水溶液混合后分段升温活化，所得多孔炭比表面积为2249～3295m² g^-1。中国专利CN102838105A公开了一种分级多孔炭材料的制备方法，该方法是以煤沥青为碳源，纳米三氧化二铁为模板，氢氧化钾为活化剂，经高温处理制备分级多孔炭材料，比表面积介于1157～1330m² g^-1之间，多孔炭产率在32.6％～52.2％之间。中国专利CN101973542A公开了一种超级电容器用多孔炭材料的制备方法，以石油焦或沥青焦为原料、复合碱金属氢氧化物为活化剂，通过两段活化工艺制备多孔炭材料。该发明得到的多孔炭材料比表面积在1500～1800m² g^-1之间，用其作为超级电容器电极材料具有高容量、高功率、循环寿命长等特性。然而，这些获得高比表面积多孔炭的技术使用大量氢氧化钾，后处理需要酸洗、水洗，存在设备腐蚀及环境污染等问题。物理活化法工艺简单且清洁可持续，但常规的物理活化难以得到高比表面积的多孔炭材料。因此，研究开发一种简单高效、条件温和、环境友好，具有发达孔结构和高比表面积的多孔炭材料的新型合成工艺路线仍然是当前亟待研究的重要课题。

具有高比表面积、化学稳定性好的多孔聚合物在吸附分离等领域应用广泛。在众多功能性多孔聚合物中，耐热多孔聚合物的制备目前多以环氧树脂类、苯并噁嗪等高分子聚合物或嵌段聚合物为主；聚酰亚胺因其独特的性能在绝缘材料和耐热膜材料方面有着极广泛的应用。