一种合成酚醛树脂且制备碳材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种合成酚醛树脂，以及用该酚醛树脂制备碳材料的方法，酚醛树脂具体制备方法为：（a）将丹宁酸、五羟甲基糠醛和纳米氧化镁按照质量比使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入少量稀硫酸催化后继续研磨至均匀；（b）将研磨均匀后的样品收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，反应，得到酚醛树脂基材料。本发明专利技术将常用原料苯酚和甲醛使用丹宁酸和五羟甲基糠醛代替。使用丹宁酸和五羟甲基糠醛作为生产酚醛树脂的原料，可以有效地减少制备过程带来的污染和对人体的危害。本发明专利技术制备得到的酚醛树脂碳材料具有较大的比表面积，合理的孔分布以及良好的形貌分布，材料比表面积可达950.40m2/g。/g。/g。

【技术实现步骤摘要】
一种合成酚醛树脂且制备碳材料的方法


[0001]本专利技术涉及酚醛树脂领域，具体涉及一种合成酚醛树脂，以及用该酚醛树脂制备碳材料的方法。
技术背景
[0002]酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀、胶粘剂、阻燃材料等；并且酚醛树脂具有高残炭率，酚醛树脂在1000℃的惰性气体条件下会产生很高的残碳，产生的碳材料可以用于锌离子超级电容器的阴极材料。
[0003]目前酚醛树脂的制备原理是酚类和醛类在酸性或者碱性的催化剂作用下，通过缩聚反应生成酚醛树脂。酚醛树脂使用的原料一般为苯酚和甲醛等。但苯酚有毒，它的浓溶液对皮肤有强烈的腐蚀性，使用时有很大的风险存在；并且甲醛对人体也有危害。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术将常用原料苯酚和甲醛使用丹宁酸和五羟甲基糠醛代替，其中丹宁酸是一种生物质原料，普遍存在于葡萄、茶叶等植物中，并且含有大量的酚羟基；五羟甲基糠醛是由葡萄糖或者果糖脱水生成的化学物质，它的分子中含有高活性的醛基。使用丹宁酸和五羟甲基糠醛作为生产酚醛树脂的原料，可以有效地减少制备过程带来的污染和对人体的危害。制备得到的酚醛树脂基碳材料可用作锌离子超级电容器的碳阴极，并且表现出较好的性能。本专利技术碳材料用作碳阴极的锌离子混合超级电容器的电极测试表明，当功率密度达到731 W/kg时，比电容达到90.7 mAh/g，能量密度达到79 Wh /kg。
[0005]本专利技术酚醛树脂的制备方法如下：（a）将丹宁酸、五羟甲基糠醛和纳米氧化镁按照质量比使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入少量稀硫酸催化后继续研磨至均匀。
[0006]（b）将研磨均匀后的样品收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，反应，得到酚醛树脂基材料。
[0007]进一步的，丹宁酸：五羟甲基糠醛：纳米氧化镁质量比为1:1:2。
[0008]进一步的，稀硫酸用量为0.5mol/L。
[0009]进一步的，步骤（b）中的反应条件为：在180℃下反应12小时。
[0010]用本专利技术酚醛树脂基材料制备酚醛树脂碳材料的方法，具体制备步骤如下：
①
将酚醛树脂基材料移入石墨舟，氮气气氛下，升温直至900℃，保温1小时后，得到样品。
[0011]②
使用盐酸清洗样品，抽滤后置于烘箱中烘干，得到酚醛树脂碳材料。
[0012]进一步的，步骤
①
升温速度为：2℃/min。
[0013]进一步的，步骤
②
使用盐酸清洗样品时，使用的盐酸为：1mol/L。
[0014]进一步的，步骤
②
烘干条件为：置于60℃烘箱中烘6h。
[0015]本专利技术的有益效果：
本专利技术使用丹宁酸代替苯酚，其中丹宁酸中含有大量的酚羟基，满足基本反应，并且作为生物质原料，丹宁酸来源丰富，分布广泛；五羟甲基糠醛作为糖类脱水的产物，在生物质能源领域具有重要地位。使用丹宁酸和五羟甲基糠醛作为生产酚醛树脂的原料，可以大大降低生产过程中带来的对人体的危害，以及对环境带来的污染。
[0016]本专利技术制备得到的活化的酚醛树脂碳材料具有较大的比表面积，合理的孔分布以及良好的形貌分布，活化后的材料比表面积可达1603.40m2/g。该活化的酚醛树脂碳材料作为锌离子超级电容器的碳阴极具有高的比电容和相匹配的能量密度和功率密度，锌离子超级电容器的电极测试表明，当功率密度达到731 W/kg时，比电容达到90.7 mAh/g，能量密度达到79 Wh /kg。
附图说明
[0017]图1实施例1酚醛树脂基材料的TGA和DTA曲线图；a）TGA曲线, b）DTA曲线图2实施例1酚醛树脂基材料的红外谱图图3实施例1和实施例2的酚醛树脂碳材料电镜照片；实施例2的电镜照片a） SEM图，b） TEM 图；实施例1的电镜照片c）SEM图，d）TEM图。
[0018]图4对照组1和对照组2的TGA曲线；a）对照组1, b）对照组2图5实施例1样品的a）CV曲线, b）GCD曲线。
具体实施方式
[0019]下面通过具体的实施例对本专利技术做进一步的阐述和说明：实施例1：本专利技术酚醛树脂基碳材料的制备（1）将丹宁酸1g、五羟甲基糠醛1g和纳米氧化镁2g按照质量比1:1:2的比例使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入5ml0.5mol/L的硫酸催化后继续研磨30min；（2）将研磨均匀后的样品中收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，在180℃下反应12小时，得到酚醛树脂基材料；（3）将酚醛树脂基材料移入石墨舟，氮气气氛下，以2℃/min升温速度进行升温，直至900℃，保温1小时后，得到样品；（4）使用1mol盐酸清洗样品，抽滤后置于60℃烘箱中烘干6h后，得到酚醛树脂碳材料。
[0020]实施例1酚醛树脂基材料的TGA和DTA曲线图见图1；图1中，a）TGA曲线， b）DTA曲线。酚醛树脂基材料的红外谱图见图2。
[0021]实施例1步骤（1）材料指未进行热聚合样品，实施例1步骤（2）材料指已经过热聚合样品。从图1和图2可以看出，聚合之后材料的碳收率发生明显变化，说明在聚合温度下单宁酸和五羟甲基糠醛发生交联反应，生成酚醛树脂材料。
[0022]实施例2：（1）将丹宁酸1g和五羟甲基糠醛1g按照质量比1:1的比例使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入5ml 0.5mol/L的硫酸催化后继续研磨30min；（2）将研磨均匀后的样品中收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，在180℃下反应12小时，得到酚醛树脂基材料；
（3）将酚醛树脂基材料移入石墨舟，氮气气氛下，以2℃/min升温速度进行升温，直至900℃，保温1小时后，得到样品。
[0023]对实施例1和实施例2酚醛树脂碳材料进行扫描电镜图测试，扫描电镜照片见图3。从图3a）和c）的对比可以看出，纳米氧化镁用作模板提高了碳材料孔隙率，增加吸附位点，促进后续电化学中的氧化还原反应。
[0024]实施例3：（1）将丹宁酸1g、五羟甲基糠醛1g和纳米氧化镁4g按照质量比1:1:4的比例使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入5 ml 0.5mol/L的硫酸催化后继续研磨30min；（2）将研磨均匀后的样品中收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，在180℃下反应12小时，得到酚醛树脂基材料；（3）将酚醛树脂基材料移入石墨舟，氮气气氛下，以2℃/min升温速度进行升温，直至900℃，保温1小时后，得到样品；（4）使用1mol盐酸清洗样品，抽滤后置于60℃烘箱中烘干6h后，得到酚醛树脂碳材料。
[0025]实施例4：（1）将丹宁酸1g、五羟甲基糠醛1g和纳米氧化镁6g按照质量比1:1:6的比例使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入5 ml 0.5mol/L的硫酸催化后继续研磨30min；（2）将研磨均匀后的样品中收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，在180 ℃下反应12小时，得到酚醛树脂基材料；（3）将酚醛树脂基材料移入石墨舟，氮气气氛下，以2℃/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酚醛树脂基材料的制备方法，其特征在于，该方法具体制备步骤如下：（a）将丹宁酸、五羟甲基糠醛和纳米氧化镁按照质量比使用研钵充分研磨混合，研磨过程中加入少量稀硫酸催化后继续研磨至均匀；（b）将研磨均匀后的样品收集到聚四氟乙烯内衬中，移入水热釜，反应，得到酚醛树脂基材料。2.如一种酚醛树脂基材料的制备方法，其特征在于，丹宁酸：五羟甲基糠醛：纳米氧化镁质量比为1:1:2。3.如一种酚醛树脂基材料的制备方法，其特征在于，稀硫酸用量为0.5mol/L。4.如一种酚醛树脂基材料的制备方法，其特征在于，步骤（b）中的反应条件为：在180℃下反应12小时。5.一种利用权利要求1所述酚醛树脂基材料制备酚醛树脂碳材料的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勋，周舒心，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：