一种制备多孔碳材料的方法和多孔碳材料的应用技术

本发明专利技术公开了一种制备多孔碳材料的方法和多孔碳材料的应用，制备多孔碳材料的方法包括：将煤样分离，得到疏中质组和密中质组；将疏中质组与密中质组混合均匀后浸渍涂抹在载体上，并进行第一干燥处理，得到第一样品；将第一样品放入第一溶剂中浸泡20min～60min，然后进行第二干燥处理，得到第二样品；将第二样品放入管式炉内，在惰性气体保护下，进行第一炭化处理，并自然降温至室温，得到少孔碳材料；将少孔碳材料在第二溶剂中浸泡1h～3h，然后进行第三干燥处理，以便得到干燥的少孔碳材料；将干燥的少孔碳材料返回放入管式炉内，在惰性气体保护下进行第二炭化处理，并自然降温至室温，得到多孔碳材料。该方法工艺简单、成本低且制备的多孔碳材料能量密度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多孔碳材料
，尤其是涉及一种制备多孔碳材料的方法和多孔碳材料的应用。
技术介绍
相关技术中，电容器例如超级电容器拥有极高的比容量和功率密度，目前所用到的电容器电极材料主要有活性炭、碳化物衍生碳、碳纳米管、石墨烯及多孔碳等碳材料。然而，电容器的发展面临着一系列的瓶颈，其突出的问题是能量密度过低，远低于电池的储能密度且工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备多孔碳材料的方法，该制备方法制得的多孔碳材料能量密度高且制作工艺简单、成本低。本专利技术的第二个目的在于提出了一种根据上述制备多孔碳材料的方法获得的多孔碳材料。本专利技术的第三个目的在于提出了上述多孔碳材料在制备电容器电极中的用途。本专利技术的第四个目的在于提出了一种由上述多孔碳材料制成的电容器电极。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出一种制备多孔碳材料的方法，包括以下步骤：将煤样分离，得到疏中质组和密中质组；将所述疏中质组与所述密中质组混合均匀后浸渍涂抹在载体上，并进行第一干燥处理，得到第一样品；将所述第一样品放入第一溶剂中浸泡20min～60min，然后进行第二干燥处理，以便得到第二样品；将所述第二样品放入管式炉内，在惰性气体保护下，进行第一炭化处理，并自然降温至室温，以便得到少孔碳材料件；将所述少孔碳材料在第二溶剂中浸泡1h～3h，然后进行第三干燥处理，以便得到干燥的少孔碳材料；将所述干燥的少孔碳材料返回放入所述管式炉内，在所述惰性气体保护下进行第二炭化处理，并自然降温至室温，以便得到所述多孔碳材料。根据本专利技术的制备多孔碳材料的方法，具有如下优点：(1)密中质组和疏中质组在室温常压条件下通过煤全组分族分离方法即可以自然而高选择性地分离出来，原料来源简单、成本低廉，且可以对煤族组分“各尽其才”的高效合理的综合利用；(2)充分利用了密中质组和疏中质组的各自优点，即密中质组的粘结性能和疏中质组的炭化发泡性，避免了传统的制备方法中所用的高电阻粘结剂所带来的高电阻问题，并提供了高性能活化造孔的基础物质，其方法简单，不需密闭加压设备，节约成本，在本
内具有良好的实用性；(3)制备出的多孔碳材料具有较高的比表面积，理想的孔径分布，稳定的电化学性能，较高的比电容量，制作工艺简单，成本低廉。另外，根据本专利技术的制备多孔碳材料的方法还可以具有如下附件的技术特征：根据本专利技术的一些实施例，将所述疏中质组与所述密中质组混合前，还包括以下步骤：在室温下使用洗涤溶剂对分离出的所述疏中质组进行洗涤；在温度为50℃～110℃、相对湿度为20％～50％、流速为0.5m/s～2m/s的空气介质下对洗涤后的所述疏中质组干燥2h～100h；将干燥后的所述疏中质组研磨至100目～300目。根据本专利技术的一些实施例，所述疏中质组与所述密中质组的质量比为W1，所述W1满足：0.01≤W1≤0.04。根据本专利技术的实施例，所述载体为泡沫镍。根据本专利技术的实施例，在空气中自然干燥5mim～30min以便实现所述第一干燥处理。根据本专利技术的实施例，在常压、温度为100℃～110℃下进行所述第二干燥处理1h～3h。根据本专利技术的实施例，所述第一炭化处理包括：以升温速率3℃/min～8℃/min，升温至400℃～1000℃的炭化温度，并保持恒温1h～3h。根据本专利技术的实施例，在常压、温度100℃～110℃下进行所述第三干燥处理1h～3h。根据本专利技术的实施例，所述第二炭化处理包括：以升温速率3℃/min～8℃/min，升温至400℃～1000℃的炭化温度，并保持恒温1h～3h。根据本专利技术的一些实施例，所述第一溶剂为水或正己烷。根据本专利技术的一些实施例，所述惰性气体为氮气。根据本专利技术的一些实施例，所述第二溶剂为KOH溶液。根据本专利技术的一些实施例，所述KOH溶液中KOH与水的质量比为W2，所述W2满足：0.2≤W2≤1。根据本专利技术的一些实施例，所述洗涤溶剂为水。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出一种多孔碳材料，其是由根据本专利技术上述第一方面的制备多孔碳材料的方法制备获得的。在本专利技术的第三方面，本专利技术提出上述第二方面的多孔碳材料在制备电容器电极中的用途。在本专利技术的第四方面，本专利技术提出一种电容器电极，其是利用上述第二方面的多孔碳材料制成的。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。根据本专利技术第一方面实施例的制备多孔碳材料的方法，包括以下步骤：将煤样分离，得到疏中质组和密中质组；将疏中质组与密中质组混合均匀后浸渍涂抹在载体上，并进行第一干燥处理，得到第一样品，具体地，可以将载体浸在疏中质组与密中质组的混合物中，以将疏中质组与密中质组的混合物均匀涂抹在载体上；将第一样品放入第一溶剂中浸泡20min～60min，然后进行第二干燥处理，以便得到第二样品；将第二样品放入管式炉内，在惰性气体保护下，进行第一炭化处理，并自然降温至室温，以便得到少孔碳材料；将少孔碳材料在第二溶剂中浸泡1h～3h，然后进行第三干燥处理，以便得到干燥的少孔材料；将干燥的少孔碳材料件返回放入管式炉内，在惰性气体保护下进行第二炭化处理，并自然降温至室温，以便得到多孔碳材料。具体的，煤样可以在自然条件下通过煤全组分族分离方法分离得到疏中质组和密中质组，煤全组分族分离方法的具体分离步骤如下：S1：对煤样进行萃取处理：将粒度为100目～300目的煤样置于萃取器中，然后加入混合溶剂，混合溶剂的体积与煤样的质量的比值为20ml/g～300ml/g，其中，混合溶剂可以为由溶剂A和溶剂B按体积比为1:0.2～1:2配制而成，将上述煤样与上述混合溶剂在室温下搅拌10min～300mim后，萃取过程完成，得到萃取固液混合物；S2：对步骤S1中得到的萃取固液混合物进行固液分离，分别得到萃取液和萃余物；S3：对步骤S2中得到的萃取液进行反萃取处理：将萃取液放入至反萃取器中，再向反萃取器中加入反萃取剂C，其中，萃取液与反萃取剂的体积比为1:0.1～1:2，将萃取液与反萃取剂在室温下搅拌5mim～60mim，反萃取过程结束，反萃取过程后得到反萃取固液混合物；S3：对步骤S2中得到的反萃取固液混合物进行处理，将反萃取固液混合物静置后进行固液分离，得到疏中质组；然后将下层液体经过常压旋蒸蒸去绝大部分溶剂得到密中质组。根据本专利技术的一些实施例，溶剂A可以为：二硫化碳、氯仿、二氯甲烷、苯、甲醇、苯酚、乙醚，但不限于此。溶剂可以B为：N-甲基-2-吡咯烷酮、环已酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二胺、磷酸三乙脂、喹啉、吡啶，但不限于此。反萃取剂C可以为：水、正己烷，但不限于此。需要说明的是，在同一个工艺过程中，溶剂A、溶剂B和反萃取剂C必须选用三种不同的溶剂物质。其中，密中质组具有分子量中等、含有的芳香结构化合物多为2～4环、灰分很低或接近无灰、含有较多的脂肪族本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备多孔碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将煤样分离，得到疏中质组和密中质组；将所述疏中质组与所述密中质组混合均匀后浸渍涂抹在载体上，并进行第一干燥处理，得到第一样品；将所述第一样品放入第一溶剂中浸泡20min～60min，然后进行第二干燥处理，以便得到第二样品；将所述第二样品放入管式炉内，在惰性气体保护下，进行第一炭化处理，并自然降温至室温，以便得到少孔碳材料；将所述少孔碳材料在第二溶剂中浸泡1h～3h，然后进行第三干燥处理，以便得到干燥的少孔碳材料；将所述干燥的少孔碳材料返回放入所述管式炉内，在所述惰性气体保护下进行第二炭化处理，并自然降温至室温，以便得到所述多孔碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备多孔碳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将煤样分离，得到疏中质组和密中质组；将所述疏中质组与所述密中质组混合均匀后浸渍涂抹在载体上，并进行第一干燥处理，得到第一样品；将所述第一样品放入第一溶剂中浸泡20min～60min，然后进行第二干燥处理，以便得到第二样品；将所述第二样品放入管式炉内，在惰性气体保护下，进行第一炭化处理，并自然降温至室温，以便得到少孔碳材料；将所述少孔碳材料在第二溶剂中浸泡1h～3h，然后进行第三干燥处理，以便得到干燥的少孔碳材料；将所述干燥的少孔碳材料返回放入所述管式炉内，在所述惰性气体保护下进行第二炭化处理，并自然降温至室温，以便得到所述多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的制备多孔碳材料的方法，其特征在于，将所述疏中质组与所述密中质组混合前，还包括以下步骤：在室温下使用洗涤溶剂对分离出的所述疏中质组进行洗涤；在温度为50℃～110℃、相对湿度为20％～50％、流速为0.5m/s～2m/s的空气介质下对洗涤后的所述疏中质组干燥2h～100h；将干燥后的所述疏中质组研磨至100目～300目。3.根据权利要求1所述的制备多孔碳材料的方法，其特征在于，所述疏中质组与所述密中质组的质量比为W1，所述W1满足：0.01≤W1≤0.04。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志宏，郭伟，常鹏，卜良辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32