一种多孔碳材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔碳材料的制备方法，将聚偏二氯乙烯与聚氯乙烯、碱性金属氧化物、加工助剂共混后，挤出成型，然后经炭化后，再经碳沉积制得多孔碳材料。旨在解决单纯使用聚偏二氯乙烯制备多孔碳材料结构中存有不稳定氯原子，易产生闭孔现象，难以控制孔径及比表面积，进而导致多孔碳材料的性能和稳定性受到影响的问题；同时解决目前聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯的热分解脱氯过程中，产生有毒有害气体HCl，需时较长，能耗高的问题。本发明专利技术具有工艺简单、绿色环保、易于工业化、且制得的产品性能稳定的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，将聚偏二氯乙烯与聚氯乙烯、碱性金属氧化物、加工助剂共混后，挤出成型，然后经炭化后，再经碳沉积制得多孔碳材料。旨在解决单纯使用聚偏二氯乙烯制备多孔碳材料结构中存有不稳定氯原子，易产生闭孔现象，难以控制孔径及比表面积，进而导致多孔碳材料的性能和稳定性受到影响的问题；同时解决目前聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯的热分解脱氯过程中，产生有毒有害气体HCl，需时较长，能耗高的问题。本专利技术具有工艺简单、绿色环保、易于工业化、且制得的产品性能稳定的优点。【专利说明】
本专利技术涉及，具体涉及一种以聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯为主要原料制备多孔碳材料的方法。
技术介绍
多孔碳材料是20世纪60年代发展起来的一种新型非极性碳素吸附剂材料。多孔碳材料孔径分布均匀，具有很高的化学稳定性和气体选择性，目前多孔碳材料已广泛应用于环境保护、化学工业、石油工业、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化防护等各个领域。 制备多孔碳材料的原料广泛，主要包括有机高分子聚合物(聚偏二氯乙烯树脂、酚醛树脂等)、各种煤及煤基衍生物(褐煤、烟煤、无烟煤等)、生物质(木材、果壳、甘蔗渣等)、石油副产物(石油残渣、石油焦、石油浙青等)，原料的不同使得制备多孔碳材料工艺不同，所获得的多孔碳材料的性能也不同，因此寻找一种分子结构相对稳定的聚合物以及聚合物混合物成为稳定制备多孔碳材料的一个趋势。 聚偏二氯乙烯或聚氯乙烯具有稳定的分子结构，且在一定条件下，经脱氯，形成双键，再发生Diels-Alder反应成环，能获得多孔碳材料产品，因此成为研究的热点。目前，单纯使用聚偏二氯乙烯制备多孔碳材料已于上个世纪70年代披露，但单纯使用聚偏二氯乙烯制备多孔碳材料时，因所制得的多孔碳材料中含有较多未反应的氯原子，影响多孔碳材料在使用过程中的热稳定和化学稳定性，同时，由于聚偏二氯乙烯的硬度较低，使得在多孔碳材料制备过程中易产生闭孔现象，孔径及比表面积难以控制，进而导致多孔碳材料的性能和稳定性受到影响。 而且聚偏二氯乙烯的加热脱氯过程中会产生HC1，同时脱氯过程所需时间较长，导致生产周期长，热分解温度要求高至100(TC，导致能耗高；而采用微波脱氯方法时，所需时间虽然缩短，但较难大规模生产。另外，以聚偏二氯乙烯为原料制备多孔碳材料过程中，产生的HCl会不可避免的对设备产生腐蚀，并对环境造成污染。因此，寻找一种易工业化，且制得的多孔碳材料孔径可控，比表面积适中，同时制备过程中有利于环境保护和设备防护的多孔碳材料制备方法成为目前的开发重点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种工艺简单、绿色环保、易于工业化、且制得的产品性能稳定的多孔碳材料的制备方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的:，包括以下步骤: (a)按重量份数，将聚偏二氯乙烯50~70份，聚氯乙烯12~33份，碱性金属氧化物3~8份，加工助剂5~10份在200~400rpm转速下搅拌混合后，在180~200°C温度下经双螺杆挤出机挤出造粒，得到造粒料； (b)将步骤(a)得到的造粒料在惰性气体氛围下，以升温速率10~20°C /min由25°C升温至400~500°C，恒温I~1.5h，再以升温速率2.5~5°C /min升温至600~800°C，恒温I~2h进行炭化，然后以15~20°C /min的降温速率降温至25°C，得到炭化材料； (c)将步骤(b)得到的炭化材料浸入有芳香物中0.1~Ih后取出，再在惰性气体氛围下，以升温速率15~20°C /min由25°C升温至450~550°C，恒温0.1~lh，再以升温速率5~10°C /min升温至700~850°C，恒温I~3h，然后以5~10°C /min的降温速率降温至25°C，得到多孔碳材料。 作为本专利技术的优选实施方式，步骤(a)所述的聚偏二氯乙烯为偏二氯乙烯的均聚物、偏二氯乙烯与丙烯酸酯的共聚物、偏二氯乙烯与氯乙烯的共聚物中的一种。 作为本专利技术的优选实施方式，步骤(a)所述的碱性金属氧化物为CaO、MgO、ZnO,Al2O3中的一种或几种的混合物。 作为本专利技术的优选实施方式，步骤(a)所述的加工助剂为甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物或丙烯腈和苯乙烯的共聚物或两种共聚物的混合物。 作为本专利技术的优选实施方式，步骤(a)所述的挤出造粒时物料在双螺杆挤出机中的停留时间为10-20分钟。 作为本专利技术的优选实施方式，步骤(C)所述的芳香物为苯、甲苯、酚醛树脂醇溶液中的一种或几种的混合物。 作为本专利技术的优选实施方式，所述的酚醛树脂醇溶液为酚醛树脂甲醇溶液或酚醛树脂乙醇溶液。 作为本专利技术的优选实施方式，所述的酚醛树脂醇溶液的浓度为20~30wt.%。 作为本专利技术的优选实施方式，所述的多孔碳材料平均孔径为30_200nm，比表面积在 1000-1500m2/g。 本专利技术提供的多孔碳材料的制备方法，以聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、可与HCl发生反应的碱性金属氧化物以及有利于其他组分充分混合的加工助剂为原料。通过聚氯乙烯的加入，同时通过碱性金属氧化物吸附聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯热分解过程中所产生的HC1，并促进聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯的热分解进行，从而降低热分解温度和时间。本专利技术的方法克服了现有技术的缺陷，具有工艺简单、绿色环保、易于工业化的优点，且制得的多孔碳材料孔径可控，比表面积适中，同时制备过程中减少了 HCl的产生，有利于环境保护和设备防护。 本专利技术中通过步骤(a)使反应原料混合均匀，并挤出成型，同时发生预氧化反应。反应原料聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、碱性金属氧化物和加工助剂按一定比例混合后，通过在双螺杆挤出机熔体混合均匀，同时在熔融过程中，聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯发生初步分解，进而获得步骤(b)所需的造粒料。 原料的配比对多孔碳材料的力学性能和制备条件及步骤有较大影响，合理的原料配比能有效降低制得的多孔碳材料中氯原子的含量，提高多孔碳材料的稳定性和其它性能。为尽量降低制得的多孔碳材料中氯原子的含量，聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯的比例控制为本专利技术的关键点。因此，本专利技术中聚偏二氯乙烯为50~70份，聚氯乙烯为12~33份。 本专利技术中的加工助剂与聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯具有很好的相容性，可有效避免制备过程中产生分相，进而影响多孔材料的孔径均匀性。本专利技术中的加工助剂为含有可与聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯发生Diels-Alder反应,形成苯环骨架的苯乙烯结构的甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯共聚物、丙烯腈和苯乙烯共聚物中的一种或两种的混合物，优选甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯共聚物。为降低多孔材料制备成本，本专利技术中所使用的加工助剂用量为5~10份。 本专利技术使用碱性金属氧化物与聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯混合，可以与聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯分解产生的HCl发生反应，生成的水在高温下气化后在炭化材料中产生微小气泡，形成微孔发泡的炭化材料，而形成的微孔发泡的结构提高了吸收聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯受热所产生的HCl的效率，促进了聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯的脱氯速率，减少了 HCl对环境污染和设备的腐蚀，同时减少了步骤(b)和步骤(C)中预分解和炭化时间。本专利技术中的碱性金属氧化物为Ca0、Mg0、Ζη0、Α12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(a)按重量份数，将聚偏二氯乙烯50～70份，聚氯乙烯12～33份，碱性金属氧化物3～8份，加工助剂5～10份在200～400rpm转速下搅拌混合后，在180～200℃温度下经双螺杆挤出机挤出造粒，得到造粒料；(b)将步骤(a)得到的造粒料在惰性气体氛围下，以升温速率10～20℃/min由25℃升温至400～500℃，恒温1～1.5h，再以升温速率2.5～5℃/min升温至600～800℃，恒温1～2h进行炭化，然后以15～20℃/min的降温速率降温至25℃，得到炭化材料；(c)将步骤(b)得到的炭化材料浸入芳香物中0.1～1h后取出，再在惰性气体氛围下，以升温速率15～20℃/min由25℃升温至450～550℃，恒温0.1～1h，再以升温速率5～10℃/min升温至700～850℃，恒温1～3h，然后以5～10℃/min的降温速率降温至25℃，得到多孔碳材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付铁柱，张成德，
申请(专利权)人：巨化集团技术中心，
类型：发明
国别省市：浙江;33