專利名稱：竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高比表面積材料及其制備方法，特別涉及一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
自國家禁止砍伐林木起，環(huán)境友好型、資源節(jié)約型竹產(chǎn)業(yè)得到了極大的發(fā)展。與之相關(guān)的竹炭也便因其所具有的資源可再生、優(yōu)異的吸附性能、釋放負(fù)氧離子、輻射遠(yuǎn)紅外、 電磁屏蔽等功能，受到了眾多研究者的青睞。竹炭作為吸附材料的研究主要集中于兩點(diǎn)一方面，提高其比表面積，如堿活化、 水蒸氣活化等；另一方面，將其負(fù)載光觸媒材料使之具有光降解作用，如負(fù)載TW2和加0。炭氣凝膠是一種非晶、固態(tài)、輕質(zhì)，多孔、新型納米炭材料，其孔隙率高達(dá)80 99%，網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒尺寸3 20nm，比表面積可達(dá)1000m2/g，電導(dǎo)率可達(dá)10 40S/cm。在申請?zhí)枮?2130067. 4《一種高比電容電極材料的制備方法》一文中，發(fā)明人利用比表面積為3000m2/g以上的活性炭和炭氣凝膠混合、球磨，之后加入粘結(jié)劑，于5 IOMI5a下成型， 制備出了具有高比電容的雙電層電容器電極材料。但其發(fā)明思路在于，發(fā)明人主要利用炭氣凝膠的高導(dǎo)電性，將炭氣凝膠作為添加劑，用于增加活性炭顆粒之間的導(dǎo)電性，降低電極的內(nèi)部阻抗，同時也利用炭氣凝膠具有一定的比表面積，它的加入在增加導(dǎo)電性的同時對復(fù)合材料比表面積的損失較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，其克服了現(xiàn)有竹炭比表面積相對較低的問題，從而制備出一種擁有高比表面積的竹炭復(fù)合材料。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法， 依次包括以下步驟1)、將間苯二酚和甲醛以1 2. 5 3. 5的摩爾比混合，溶于水中，攪拌，得到混合液A ；所述間苯二酚與水的摩爾比為1 4. 5 5. 5;2)、將竹炭加入混合液A中，密封；先于室溫下靜置3 5d，然后于70 80°C下靜置3 5d，過濾，得混合物B ；所述竹炭是混合液A總重的35 45% ；3)、將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0. 4 0. 6%的三氟乙酸溶液中于室溫下浸泡 1 2d，取出后再放入丙酮中浸泡3 5d，在所述丙酮浸泡過程中，每天更換丙酮；最后于室溫下自然干燥1 3d，得干燥后混合物；4)、將干燥后混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于800 1000°C保溫1 3h后，得竹炭/ 炭氣凝膠復(fù)合材料。作為本發(fā)明的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法的改進(jìn)在步驟1)和步驟2) 之間增加以下步驟將竹炭放入摩爾濃度為6 7mol/L的碳酸鈉溶液中，浸泡1 3d。艮口，將上述浸泡后的竹炭加入混合液A中，進(jìn)行密封。作為本發(fā)明的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在步驟幻和步驟4)之間增加以下步驟將步驟幻所得的干燥后混合物與KOH混合，KOH與竹炭的質(zhì)量比 4. 5 5. 5 1。即，將該與KOH混合后的干燥后混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中。作為本發(fā)明的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)竹炭為顆粒粒徑為10 20目的竹炭。本發(fā)明還同時提供了利用上述方法制備而得的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。在本發(fā)明中，碳酸鈉溶液起到催化劑的作用，浸泡只要能保證浸泡液沒過被浸物即可。室溫是指5 30°C。步驟1)中，間苯二酚、甲醛和水的最佳摩爾比為1 3 5。竹炭是混合液A總重的40%為最佳比重。在本發(fā)明中，沒有詳細(xì)告知溫度的，均指在室溫下進(jìn)行。本發(fā)明是發(fā)明人在長期研究炭氣凝膠與竹炭復(fù)合的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)探索工藝過程而獲得的。其優(yōu)點(diǎn)在于前期使催化劑通過浸漬法在竹炭里引入，從而使得有機(jī)氣凝膠于竹炭的微米級孔道里原位生成，并通過后期的有機(jī)氣凝膠炭化與竹炭堿活化一步高溫處理，得到了高比表面積的復(fù)合材料。本發(fā)明在傳統(tǒng)制備有機(jī)氣凝膠的基礎(chǔ)上，首先通過竹炭負(fù)載催化劑，達(dá)到原位合成竹炭/有機(jī)氣凝膠，并且在炭化過程中加入堿活化，使得有機(jī)氣凝膠在炭化的過程中，竹炭也得到了活化。炭氣凝膠可很好的附著于竹炭大孔徑內(nèi)，制備出竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料，有效提高了竹炭的比表面積。采用本發(fā)明方法制備而得的復(fù)合材料，經(jīng)檢測其比表面積達(dá)到2200 2700m2/ go優(yōu)于申請?zhí)枮?0101(^97043. 2《一種竹炭基活性炭纖維的制備方法》一文中所制備其比表面積為640 1280m2/g的材料；也大大優(yōu)于申請?zhí)枮?01010190411. 3《一種吸附分解劑及其制備方法》一文中所制備的竹炭復(fù)合材料，其比表面積為800 900m2/g。采用本發(fā)明所生產(chǎn)的復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于空氣凈化、污水處理、有毒廢水處理、化工催化劑載體、汽車尾氣凈化、制糖制酒、食品精制等行業(yè)。綜上所述，在提高竹炭比表面積上，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了負(fù)載炭氣凝膠，對竹炭孔道進(jìn)行重整，將竹炭的微米級大孔用網(wǎng)狀氣凝膠填充為中孔與微孔，使之比表面更高。
具體實(shí)施例方式在以下中，沒有詳細(xì)告知溫度的，均指在室溫下進(jìn)行。實(shí)施例1、一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下步驟1)、將間苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩爾比混合后攪拌，得到混合液A ；2)、將竹炭放入摩爾濃度為6mol/L的碳酸鈉溶液中，浸泡Id ；竹炭的顆粒粒徑為 10 20目，竹炭是混合液A總重的40% ；3)、將步驟幻浸泡所得的竹炭加入步驟1)所得的混合液A中，密封；先于室溫下靜置3d，然后于70°C下靜置3d，過濾，得混合物B;；4)、將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0. 5%的三氟乙酸溶液中于室溫下浸泡ld，取出后再放入丙酮浸泡3d，在丙酮浸泡過程中，每天更換一次丙酮；最后于室溫下自然干燥ld，得干燥后混合物；
5)、將步驟4)所得的干燥后混合物與KOH混合，KOH與步驟2)中的竹炭的質(zhì)量比 5:1;6)、將步驟幻所得的混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于800°C保溫Ih后，得竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。該竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料其比表面積達(dá)到2240m2/g。實(shí)施例2、一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下步驟1)、將間苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩爾比混合后攪拌，得到混合液A ；2)、將竹炭放入摩爾濃度為7mol/L的碳酸鈉溶液中，浸泡3d ；竹炭顆粒粒徑為 10 20目，竹炭是混合液A總重的40% ；3)、將步驟2、浸泡所得的竹炭加入步驟1)所得的混合液A中，密封；先于室溫下靜置5d，然后于80°C下靜置5d，過濾，得混合物B ；4)、將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0. 5%的三氟乙酸溶液中于室溫下浸泡2d，取出后再放入丙酮浸泡5d，在丙酮浸泡過程中，每天更換一次丙酮；最后于室溫下自然干燥3d，得干燥后混合物；5)、將步驟4)所得的干燥后混合物與KOH混合，KOH與步驟2)中的竹炭的質(zhì)量比 5:1;6)、將步驟5)所得的混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于900°C保溫池后，得竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料其比表面積達(dá)到^00m2/g。實(shí)施例3、一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下步驟1)、將間苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩爾比混合后攪拌，得到混合液A ；2)、將竹炭放入摩爾濃度為6mol/L的碳酸鈉溶液中，浸泡2d ；竹炭顆粒粒徑為 10 20目，竹炭是混合液A總重的40% ；3)、將步驟幻浸泡所得的竹炭加入步驟1)所得的混合液A中，密封；先于室溫下靜置4d，然后于70°C下靜置4d，過濾，得混合物B ；4)、將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0. 6%的三氟乙酸溶液中于室溫下浸泡2d，取出后再放入丙酮浸泡4d，在丙酮浸泡過程中，每天更換一次丙酮；最后于室溫下自然干燥2d，得干燥后混合物；5)、將步驟4)所得的干燥后混合物與KOH混合，KOH與步驟2)中的竹炭的質(zhì)量比 5:1;6)、將步驟5)所得的混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于1000°C保溫池后，得竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料其比表面積達(dá)到2700m2/g。實(shí)施例4、一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料及其制備方法，依次包括以下步驟1)、將間苯二酚、甲醛和水按照1 3 5的摩爾比混合后攪拌，得到混合液A ；2)、將竹炭放入摩爾濃度為6. 5mol/L的碳酸鈉溶液中，浸泡3d ；竹炭顆粒粒徑為 10 20目，竹炭是混合液A總重的40% ；3)、將步驟2、浸泡所得的竹炭加入步驟1)所得的混合液A中，密封；先于室溫下靜置5d，然后于80°C下靜置3d，過濾，得混合物B ；
4)、將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0. 6%的三氟乙酸溶液中于室溫下浸泡ld，取出后再放入丙酮浸泡3d，在丙酮浸泡過程中，每天更換一次丙酮；最后于室溫下自然干燥3d，得干燥后混合物；5)、將步驟4)所得的干燥后混合物與KOH混合，KOH與步驟2)中的竹炭的質(zhì)量比 5:1;6)、將步驟幻所得的混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于900°C保溫Ih后，得竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料其比表面積達(dá)到2560m2/g。對比例1、取消步驟幻的碳酸鈉溶液浸漬步驟，即，將竹炭直接加入步驟1)所得的混合液A中進(jìn)行密封；其余同實(shí)施例1。最終所得的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的比表面積達(dá)到1500m2/g。對比例2、取消步驟5)的與KOH混合，S卩，將步驟4)所得的干燥后混合物直接置于氮?dú)鈿夥諣t中進(jìn)行保溫；其余同實(shí)施例1。最終所得的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的比表面積達(dá)到1850m2/g。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于依次包括以下步驟1)、將間苯二酚和甲醛以1 2.5 3.5的摩爾比混合，溶于水中，攪拌，得到混合液A; 所述間苯二酚與水的摩爾比為1 4. 5 5. 5 ；2)、將竹炭加入混合液A中，密封；先于室溫下靜置3 5d，然后于70 80°C下靜置 3 5d，過濾，得混合物B ；所述竹炭是混合液A總重的35 45% ；3)、將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0.4 0. 6%的三氟乙酸溶液中于室溫下浸泡1 2d，取出后再放入丙酮中浸泡3 5d，在所述丙酮浸泡過程中，每天更換丙酮；最后于室溫下自然干燥1 3d，得干燥后混合物；4)、將干燥后混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于800 1000°C保溫1 汕后，得竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在所述步驟1)和步驟2、之間增加以下步驟將竹炭放入摩爾濃度為6 7mol/L的碳酸鈉溶液中，浸泡1 3d。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于在所述步驟幻和步驟4)之間增加以下步驟將步驟3)所得的干燥后混合物與KOH混合，所述KOH與竹炭的質(zhì)量比4. 5 5. 5 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 所述竹炭為顆粒粒徑為10 20目的竹炭。
5.利用如權(quán)利要求1 4中任意一種方法制備而得的竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下步驟1)將間苯二酚和甲醛混合，溶于水中，攪拌，得到混合液A；2)將竹炭加入混合液A中，密封；先于室溫下靜置，然后于70～80℃下靜置，過濾，得混合物B；3)將混合物B先放入質(zhì)量濃度為0.4～0.6％的三氟乙酸溶液中浸泡，取出后再放入丙酮中浸泡，需每天更換丙酮；最后于室溫下自然干燥；4)將干燥后混合物置于氮?dú)鈿夥諣t中，于800～1000℃保溫1～3h后，得竹炭/炭氣凝膠復(fù)合材料。該復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于空氣凈化、污水處理、有毒廢水處理、化工催化劑載體、汽車尾氣凈化、制糖制酒、食品精制等行業(yè)。
文檔編號B01J13/00GK102430369SQ201110274169
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者孫賽, 李文彥, 楊輝, 樊先平, 涂志龍, 郭興忠 申請人:浙江大學(xué)