一種多孔炭材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔炭材料的制備方法，具體涉及一種利用難回收再生的耐高溫聚合物薄膜邊角料制備多孔炭電極材料的方法。一種多孔炭材料的制備方法，所述方法所用原料為聚合物薄膜邊角料，所述聚合物為聚砜、聚苯并咪唑、聚酰亞胺、聚苯并惡唑、聚苯并咪唑酰亞胺、聚醚酮。該制備方法過程簡便，活化產率高，產物比表面積大，灰分低，電化學活性高，是潛在的鋰電池、超級電容器、染料敏化太陽能電池和超級鉛酸電池的電極材料。
【專利說明】-種多孔炭材料的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多孔炭材料的制備方法，具體涉及一種利用難回收再生的耐高溫 聚合物薄膜邊角料制備多孔炭電極材料的方法。

【背景技術】
[0002] 耐高溫聚合物薄膜包括；聚諷（雙酷型聚諷、聚芳離諷、酷駄型聚諷）、聚苯并咪 哇、聚醜亞胺、聚苯并惡哇、聚苯并咪哇醜亞胺、聚離麗（酷駄型聚離麗、聚離離麗）等， 具有優(yōu)良的力學性能、電性能、化學穩(wěn)定性W及很高的抗福射性能、耐高溫和耐低溫性能 (-269C至+40(TC)，正在日益受到學界和產業(yè)界的關注。如；芳香族聚醜亞胺薄膜，美國杜 邦公司于1962年試制成功聚醜亞胺薄膜（PI薄膜），1965年開始生產，商品牌號為KAPT0N。 我國60年代末可W小批量生產聚醜亞胺薄膜，現在已廣泛應用于航空、航海、宇宙飛船、火 箭導彈、原子能、電子電器工業(yè)等各個領域。在耐高溫有機聚合物薄膜的生產過程中，在 開車、破膜和切邊的過程中會產生邊角料，由于耐高溫有機聚合物薄膜的特殊性，不能烙 融造粒。目前關于耐高溫聚合物薄膜的回收利用技術主要W焚燒、掩埋和化學分解為主 【CN90102169. 5 ;CN201110290741. 4】，還沒有關于W其為原料制備多孔炭電極材料的報道。
[0003] 多孔炭具有發(fā)達的孔隙結構和高的比表面積、豐富的表面基團、良好的熱和化 學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是一種優(yōu)質電極材料，廣泛應用于裡離子電池、裡-空電池、超級電 容器、染料敏化太陽能電池、電容脫鹽等新能源和環(huán)境保護【技術領域】。多孔碳通常是有 富含碳的生物質、煤炭、石油或煤化工產生的重質組分為原料制備。但上述原料中含有 大量的灰分，而醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護和新能源技術等領域要求多孔碳材料具有較低的灰 分含量。普通高分子中由于通常會含有無機添加劑如阻燃劑，增塑劑和其它無機填料， 無法用于制備無灰級電極炭，目前報道的無灰活性炭的制備采用了酷酵樹脂為原料制備 【CN201210010402. 0】。耐高溫聚合物薄膜如聚醜亞胺薄膜由于加工過程中沒有任何無機添 加劑，因此，非常適合制備高品質的無灰級電極碳材料。除此之外，由于耐高溫聚合物薄膜 還具有殘?zhí)扛摺⒁谆罨炜椎葍?yōu)點。


【發(fā)明內容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種工藝簡單，成本低，設備投資小的有效利用難 回收再生耐高溫聚合物薄膜邊角料來制備多孔炭電極材料的方法。該方法利用耐高溫聚合 物薄膜加工過程中產生的邊角料為前體，經炭化/物理活化制備無灰多孔碳電極材料。該 制備工藝簡單，條件溫和，生產成本低，設備腐蝕小。
[0005] -種多孔炭材料的制備方法，所述方法所用原料為聚合物薄膜邊角料，所述聚合 物為聚諷、聚苯并咪哇、聚醜亞胺、聚苯并惡哇、聚苯并咪哇醜亞胺、聚離麗。
[0006] 本發(fā)明所述"聚合物薄膜邊角料"在耐高溫有機聚合物薄膜的生產過程中，在開 車、破膜和切邊等過程中產生的邊角料。
[0007] 本發(fā)明所述聚諷優(yōu)選為雙酷型聚諷、聚芳離諷、酷駄型聚諷；所述聚離麗優(yōu)選為酷 駄型聚離麗、聚離離麗。
[0008] 本發(fā)明優(yōu)選所述制備方法，包括下述工藝步驟：將干燥的聚合物薄膜邊角料進行 不烙化處理；隨后在惰性氣氛下進行炭化處理；將炭化后的產物在惰性氣氛下加熱至活化 溫度，通入活化氣體進行活化處理。
[0009] 本發(fā)明優(yōu)選所述制備方法優(yōu)選將聚合物薄膜邊角料破碎至粒徑為IOOmm W下；優(yōu) 選將破碎后的聚合物薄膜邊角料在180?45CTC的溫度下進行干燥處理，處理時間至少為 0. 2化。
[0010] 本發(fā)明優(yōu)選所述制備方法優(yōu)選所述不烙化處理為：處理溫度為180?45(TC，時間 為0. 25?化。
[0011] 本發(fā)明優(yōu)選所述制備方法優(yōu)選所述炭化處理為；炭化溫度為500?70(TC，惰性氣 體流速為50?200血/min下，炭化時間0. 25?化。
[0012] 本發(fā)明優(yōu)選所述制備方法所述活化處理方式為間歇式活化、連續(xù)式活化或串聯式 活化，進一步優(yōu)選為串聯式活化。本發(fā)明所述串聯式活化為利用不同的活化氣體連續(xù)進行 至少兩次活化處理。
[0013] 本發(fā)明優(yōu)選串聯式活化方法如下；活化氣體為氧含量為50%的富氧氣體，富氧氣 體流量為200ml/min下，活化時間為Ih ;在氮氣流量150ml/min，加熱至溫度為850°C進行 水蒸氣活化，水蒸氣流量為lOOml/min，活化時間為Ih ;繼續(xù)加熱至溫度為90(TC進行二氧 化碳活化，流量為200ml/min，活化時間為2h。
[0014] 本發(fā)明所述活化處理為；活化溫度為500?IOOOC，惰性氣體流速為50?200血/ min,活化時間為0. 5?化；活化氣體為〇2、&0、C〇2中一種或兩種的混合物。
[0015] 本發(fā)明所述方法包括后處理步驟；在惰性氣氛下將活化產物冷卻至室溫，球磨至 粒度為2mm W下，既得。
[0016] 本發(fā)明所述不烙化處理、炭化處理和活化處理可在本領域公開的用于上述處理的 裝置中進行，如炭化活化一體爐等。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點和效果是；利用耐高溫聚合物邊角料高殘?zhí)浚谆罨奶攸c，采用物 理活化法制備多孔炭電極材料。制備過程簡便，活化產率高，產物比表面積大，灰分低，電 化學活性高，是潛在的裡電池、超級電容器、染料敏化太陽能電池和超級鉛酸電池的電極材 料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[001引本發(fā)明附圖3幅，
[0019] 圖1為實施例1樣品在不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖；
[0020] 圖2為實施例1樣品的交流阻抗譜圖；
[0021] 圖3為實施例1樣品在不同電位窗口下的循環(huán)伏安圖。

【具體實施方式】
[0022] 下述非限制性實施例可W使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不W 任何方式限制本發(fā)明。
[0023] 下述實施例中所述試驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，女口 無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。
[0024] 實施例1
[00巧]將聚醜亞胺薄膜邊角料剪切粉碎至50mmX50mm W下，放置在炭化活化裝置中，在 20(TC下干燥和不烙化處理化。將處理后的物料，在氮氣流量為200ml/min下，加熱至炭化 溫度為60(TC，處理時間化；在氮氣流量為200ml/min下，升溫至活化溫度為80(TC?；罨?氣體水蒸氣流量為300ml/min。活化時間為化。在氮氣流量50ml/min下，冷卻至室溫。將 所得固體球磨至Imm W下；該多孔電極炭的主要性質如表1所示。
[002引 實施例2?11
[0027] 按照實施例1的步驟，但耐高溫聚合物薄膜按表1中給出類型，得到的多孔電極炭 的性質如表1所示。
[0028] 表1多孔炭的性質
[0029]

【權利要求】
1. 一種多孔炭材料的制備方法，其特征在于：所述方法所用原料為聚合物薄膜邊角 料，所述聚合物為聚砜、聚苯并咪唑、聚酰亞胺、聚苯并惡唑、聚苯并咪唑酰亞胺、聚醚酮。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于：將干燥的聚合物薄膜邊角料進行不熔化 處理；隨后在惰性氣氛下進行炭化處理；將炭化后的產物在惰性氣氛下加熱至活化溫度， 通入活化氣體進行活化處理。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述活化處理為串聯式活化處理，所述串 聯式活化為利用不同的活化氣體連續(xù)進行至少兩次活化處理。
4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述炭化處理為：炭化溫度為500? 700°C，惰性氣體流速為50?200mL/min下，炭化時間0. 25?6h。
5. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述活化處理為：活化溫度為500? 1000°C，惰性氣體流速為50?200mL/min下，活化時間為1?6h ;活化氣體為02、H20、CO2 中一種或兩種的混合物。
【文檔編號】C01B31/10GK104310392SQ201410508582
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權日:2014年9月28日
【發(fā)明者】王同華, 王春雷, 李琳, 曾樂, 劉波, 趙林 申請人:大連理工大學, 大連卡瑞博納科技有限公司, 大連路生菲悅科技有限公司