專利名稱：一種多孔碳材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料技術領域，具體涉及一種多孔碳材料的制備方法。
背景技術：
多孔碳材料具有高度發(fā)達的比表面和孔隙率，作為吸附、電極材料和催化劑載體， 廣泛應用于氣體的吸附分離與凈化、雙電層電容器及催化等領域。針對其用途不同對其結 構的要求各異，研究孔徑大小和分布可控調(diào)的多孔碳材料就具有重大的意義。在控制碳材料孔隙結構方面，人們提出了催化活化法、模板碳化法、聚合物混合等 多種方法制備多孔碳材料。模板制備法制備的多孔碳材料孔徑分布均勻，孔徑大小可控。專 利(CN 101012057)公開了一種模板一步合成介孔碳材料的方法。該方法直接焙燒硫酸處 理過的二氧化硅/模板劑的復合物或其與蔗糖混合物，然后除掉二氧化硅而得到介孔碳?，F(xiàn)有的無機模板材料主要包括SiO2溶膠(凝膠)(Shan，KimM, HyeonT. Carbon,2003,41(8) 1525-1532 ;HanS, KimS, LimH, etal. Microporous andMaeroporous Materials, 2003, 58 (2) :131_135)、沸石(Ma Z X，Kyotani Τ, TomitaA. Carbon，2002，40 2367-2374. )、Al2O3(Kim M J, Choi J H, Park J B. etal. ThimSolid Films, 2003,435 312-317)等。其中，以SiO2為模板的研究報道較多，它可以合成出孔徑均一、比表面積大 的多孔碳材料，具有廣闊的應用前景。但是這種方法也存在不足，SiO2模板去除困難，必須 要用氫氟酸，且難以去除困難完全，實驗證明這是一種即昂貴又浪費的方法，且對環(huán)境有污
^fe ο以大分子蛋白質(zhì)明膠為碳的前驅體，納米碳酸鈣為模板制備多孔碳材料的方法的 優(yōu)勢在于(1)模板價廉易得，且可以用水或稀鹽酸即可脫除模板；(2)碳前驅體明膠含碳 量高于50%，具有溶膠-凝膠的特性和表面活性，可有利于模板分散，使制備的多孔碳的孔 隙分布均勻；(3)制備過程環(huán)保無污染；(4)導電率高于目前通用的導電炭黑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備多孔碳材料的方法，該方法的優(yōu)勢在于利用明膠 良好的分散性使制備的碳材料的孔隙分布均勻；運用納米碳酸鈣為模板可以實現(xiàn)內(nèi)活化， 使孔的連通性好。這種制備過程環(huán)保無污染，產(chǎn)物的可控性和重復性好，且產(chǎn)物導電性好。本發(fā)明以明膠為碳的前驅體，納米碳酸鈣為模板多孔碳材料的制備方法，包括以 下步驟1)將明膠溶于水配制成一定濃度的明膠水溶液，其中明膠的質(zhì)量濃度在 l-50wt% ；2)將明膠溶液與納米碳酸鈣以一定的質(zhì)量比混合均勻，冷卻至室溫凝凍并干燥， 其中明膠與納米碳酸鈣的質(zhì)量比大于0. 5 ；3)將上述明膠與納米碳酸鈣混合物的固體于500-1200°C，氮氣保護下焙燒；4)焙燒得到的碳材料浸泡于0.5mol/L稀鹽酸溶液中脫去模板，并用蒸餾水洗去殘留鹽酸使體系呈中性，干燥。本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，過程環(huán)保。采用此方法通過控制納米碳酸鈣粒徑、 原料比等工藝條件，制備不同孔徑的多孔碳材料，保證碳材料具有高比表面積、大孔容和均 勻孔徑。這些特點決定了多孔碳材料可以廣泛應用到多領域，包括吸附分離、超級電容器和 燃料電池的電極、催化劑載體、色譜分析以及納米電子器件制造等方面，也為進一步的研究 提供了條件。本發(fā)明所用的明膠為以動物皮、骨、筋或磷為原料制備的明膠。


圖1明膠與碳酸鈣的質(zhì)量比為9 3制備多孔碳材料的SEM2明膠與碳酸鈣的質(zhì)量比為9 1制備多孔碳材料的SEM圖
具體實施例方式實施例1稱量9g明膠于81g蒸餾水中，在室溫下溶脹，然后加熱到60°C溶解制成明膠水溶 液，再加入18g納米碳酸鈣攪拌均勻，冷卻至室溫凝凍，將其從燒杯中取出，切成小塊干燥。 在氮氣保護下50(TC焙燒1小時，爐降至室溫后取出，用0. 5mol/L稀鹽酸脫去模板，蒸餾水 洗滌至中性，干燥，即可得到多孔碳材料。實施例2稱量9g明膠于36g蒸餾水中，在室溫下溶脹，然后加熱到60°C溶解制成明膠水溶 液，再加入3g納米碳酸鈣攪拌均勻，冷卻至室溫凝凍，將其從燒杯中取出，切成小塊干燥。 在氮氣保護下850°C焙燒1小時，爐降至室溫后取出，用0. 5mol/L稀鹽酸脫去模板，蒸餾水 洗滌至中性，干燥，即可得到多孔碳材料，孔徑為50-100nm，所得到的材料的電鏡照片見圖 1。實施例3稱量9g明膠于36g蒸餾水中，在室溫下溶脹，然后加熱到60°C溶解制成明膠水溶 液，再加入Ig納米碳酸鈣攪拌均勻，冷卻至室溫凝凍，將其從燒杯中取出，切成小塊干燥。 在氮氣保護下850°C焙燒1小時，爐降至室溫后取出，用0. 5mol/L稀鹽酸脫去模板，蒸餾水 洗滌至中性，干燥，即可得到多孔碳材料，孔徑為50-100nm，所得到的材料的電鏡照片見圖 2。實施例4稱量9g明膠于9g蒸餾水中，在室溫下溶脹，然后加熱到60°C溶解制成明膠水溶 液，再加入6g納米碳酸鈣攪拌均勻，冷卻至室溫凝凍，將其從燒杯中取出，切成小塊干燥。 在氮氣保護下IlOiTC焙燒1小時，爐降至室溫后取出，用0. 5mol/L稀鹽酸脫去模板，蒸餾水 洗滌干燥，即可得到多孔碳材料。此外，采用SX1934(SZ_82)四探針數(shù)字測試儀測定實施例2制備的多孔碳的導電 率，并將其與市售的導電炭黑進行了比較，結果如表1所示。表1碳材料的導電性能比較樣品電阻，Ω
導電炭黑3.018明膠基多孔碳材料1.851 表1中的數(shù)據(jù)表明，本法制備的多孔碳材料具有良好的導電性。
權利要求
一種多孔碳材料的制備方法，其特征在于以明膠為碳的前驅體，碳酸鈣為模板，包括以下步驟1)將明膠溶于水配制成一定濃度的明膠水溶液，其中明膠的濃度在1-50wt％；2)將明膠溶液與納米碳酸鈣以一定的質(zhì)量比混合均勻，冷卻至室溫凝凍并干燥，其中明膠與納米碳酸鈣的質(zhì)量比大于0.5；3)將上述明膠與納米碳酸鈣混合后干燥物于500-1200℃，氮氣保護下碳化；4)將碳化后得到的碳材料浸泡于稀鹽酸溶液中脫去模板，并用蒸餾水洗去殘留鹽酸至中性，干燥。
2.根據(jù)權利要求1的制備方法，其特征在于明膠與碳酸鈣的質(zhì)量比為1-10。
3.根據(jù)權利1的多孔碳材料的制備方法，其特征在于明膠與納米碳酸鈣混合后干燥物 于850-120(TC，氮氣保護下碳化；
4.根據(jù)權利要求1的制備方法，特征在于所述明膠為以動物皮、骨、筋或磷為原料制備 的明膠。
全文摘要
一種多孔碳材料的制備方法，屬于材料領域。具體涉及一種以明膠為碳的前驅體，碳酸鈣為模板，制備的多孔碳材料。其制備過程包括以下步驟將一定濃度的明膠水溶液與納米碳酸鈣以一定質(zhì)量比混合均勻，利用明膠的高分散性和碳酸鈣加熱可分解產(chǎn)生氣體的特性，制備孔分布均勻，且聯(lián)通性好的多孔碳材料。本發(fā)明的工藝過程可控性強，環(huán)保，成本低，產(chǎn)物導電性好，可應用于電極材料、吸附材料等領域。
文檔編號C01B31/08GK101880037SQ200910136588
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權日2009年5月8日
發(fā)明者鄒慶立 申請人:鄒慶立