本發(fā)明涉及新型材料制備，尤其涉及一種高穩(wěn)定性介孔碳及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、介孔碳材料具有獨(dú)特的孔徑分布和大比表面積，在能源存儲(chǔ)、催化、環(huán)境凈化等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前，傳統(tǒng)的介孔碳材料合成方法以瀝青或樹(shù)脂為前驅(qū)體采用昂貴的硬模板法和軟模板法制備介孔碳，面臨模板移除不徹底、結(jié)構(gòu)易坍塌、穩(wěn)定性差、孔徑分布不均、成本高等問(wèn)題，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，限制了其實(shí)際應(yīng)用效果。此外，合成過(guò)程中涉及的高溫碳化過(guò)程熱解不均勻，導(dǎo)致介孔結(jié)構(gòu)不均勻，影響材料性能。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種低成本、高效、環(huán)保的制備方法，在確保介孔結(jié)構(gòu)均勻性的同時(shí)，提高材料的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

2、為此，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種高穩(wěn)定性介孔碳及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化前驅(qū)體、模板劑和碳化工藝，顯著提升了介孔碳材料的整體性能，滿足了其在各類(lèi)高科技領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

3、第一方面，本發(fā)明提出了一種高穩(wěn)定性介孔碳的制備方法，包括以下步驟：

4、(a)以間苯二酚、甲醛為原料在酸性條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)得到酚醛樹(shù)脂前驅(qū)體溶液；

5、(b)將模板劑均勻加入所述酚醛樹(shù)脂前驅(qū)體溶液后靜置完成溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變，干燥得到固體凝膠；

6、(c)將所述固體凝膠在惰性氣體條件下碳化處理

7、(d)洗滌、真空干燥得到介孔碳材料。

8、進(jìn)一步地，所述間苯二酚的純度在99.5％以上。

9、進(jìn)一步地，所述步驟(a)包括：

10、將間苯二酚溶解在去離子水中，攪拌得到間苯二酚溶液；

11、將甲醛溶液加入所述間苯二酚溶液中并攪拌均勻，其中，間苯二酚與甲醛的摩爾比為1：1～1：3；

12、加入鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液至酸性，在40～60℃條件下攪拌，充分反應(yīng)得到酚醛樹(shù)脂前驅(qū)體溶液并冷卻至室溫備用。

13、進(jìn)一步地，所述甲醛溶液的濃度為10％～37％。

14、進(jìn)一步地，所述模板劑包括嵌段共聚物模板劑、表面活性劑模板劑、無(wú)機(jī)模板劑中的至少一種。

15、進(jìn)一步地，所述模板劑的添加量為間苯二酚質(zhì)量的1％～30％。

16、進(jìn)一步地，所述步驟(c)中溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過(guò)程在24h以上。

17、進(jìn)一步地，所述步驟(c)中碳化溫度為800～1200℃，碳化時(shí)間為2～4h。

18、第二方面，本發(fā)明提出了一種高穩(wěn)定性介孔碳由本發(fā)明第一方面提出的制備方法制備得到。

19、第三方面，本發(fā)明提出了由本發(fā)明第一方面提出的制備方法制備得到高穩(wěn)定性介孔碳或本發(fā)明第二方面提出的高穩(wěn)定性介孔碳在催化劑載體、儲(chǔ)氫材料、電極材料中的應(yīng)用。

20、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

21、本發(fā)明采用高純度的間苯二酚為原料，降低了雜質(zhì)對(duì)介孔結(jié)構(gòu)和材料性能的影響，提高了介孔碳的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；通過(guò)添加模板劑精確靈活控制孔徑分布，調(diào)整孔徑結(jié)構(gòu)，使得介孔碳的比表面積得到提高。

技術(shù)特征：

1.一種高穩(wěn)定性介孔碳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述間苯二酚的純度在99.5％以上。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(a)包括：

4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述甲醛溶液的濃度為10％～37％。

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述模板劑包括嵌段共聚物模板劑、表面活性劑模板劑、無(wú)機(jī)模板劑中的至少一種。

6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述模板劑的添加量為間苯二酚質(zhì)量的1％～30％。

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(b)中溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變過(guò)程在24h以上。

8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(c)中碳化溫度為800～1200℃，碳化時(shí)間為2～4h。

9.一種高穩(wěn)定性介孔碳，其特征在于，由權(quán)利要求1～8任一所述的方法制備得到。

10.由權(quán)利要求1～8任一所述的方法制備得的高穩(wěn)定性介孔碳或權(quán)利要求9所述的高穩(wěn)定性介孔碳在催化劑載體、儲(chǔ)氫材料、電極材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高穩(wěn)定性介孔碳及其制備方法和應(yīng)用，介孔碳的制備包括以下步驟：以間苯二酚、甲醛為原料在酸性條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)得到酚醛樹(shù)脂前驅(qū)體溶液；將模板劑均勻加入酚醛樹(shù)脂前驅(qū)體溶液后靜置完成溶膠?凝膠轉(zhuǎn)變，干燥得到固體凝膠；將固體凝膠在惰性氣體條件下碳化處理；洗滌、真空干燥得到介孔碳材料。本發(fā)明采用高純度的間苯二酚為原料，降低了雜質(zhì)對(duì)介孔結(jié)構(gòu)和材料性能的影響，提高了介孔碳的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；通過(guò)添加模板劑精確靈活控制孔徑分布，調(diào)整孔徑結(jié)構(gòu)，使得介孔碳的比表面積得到提高。

技術(shù)研發(fā)人員：黃澎,趙勇,胡迪,趙淵,王光耀,趙鵬,谷小會(huì),安斌,孟德昌,馬博文,賈媛,張深,王熺乾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9