一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法

本发明属于用于超级电容的煤基多孔炭材料制备领域，尤其涉及一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法。

背景技术：

1、我国煤炭资源储量丰富，是具有高价值利用的重要碳材料前驱体。直接以煤为碳前体制备多孔炭电极时，由于煤结构的复杂性和高灰分含量，很难获得高性能的多孔炭材料。因此，对煤进行预处理是制备高性能电极材料的有效方法之一。常见的预处理方法包括预氧化、溶剂萃取以及酸脱灰。但是，上述预处理方法也存在成本高、后处理复杂、污染环境等问题。因此，探索绿色高效的预处理方法具有重要的研究价值和现实意义。

2、低共熔溶剂(dess)作为类离子液体的一种，具有和离子液体相似的性质，其制备过程相较于离子液体更为简便。由于dess组分的多样性，使其不仅可以作为溶剂对煤进行预处理，同时可以作为功能化剂制备煤基多孔炭材料，将其应用于新型能源系统超级电容器，可以大大降低器件的成本，为其商业化生产奠定基础。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，简化煤基多孔炭的制备工艺，解决现有制备煤基多孔炭材料存在的成本高、环境污染的问题。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，包括以下步骤：

4、1)将氢键供体和氢键受体按照摩尔比1:(1～10)混合，并置于50～150℃的油浴中并搅拌，直至形成澄清透明的液体；

5、2)取200目以下的煤炭，放入玻璃瓶中并封口，再加入步骤1)得到的液体，煤炭与步骤1)得到的液体的体积比为1:(1～20)，以100～500r/min的转速磁力搅拌均匀，将玻璃瓶放入25～120℃的油浴锅中1～24小时；

6、3)将步骤2)得到的混合物从玻璃瓶中取出并放入带盖刚玉坩埚中，将放有混合物的刚玉坩埚置于管式炉中间加热区域，在惰性气氛下进行热处理，管式炉以1～10℃/min的升温速率升高到600～900℃保持1～3小时，冷却至室温后洗涤干燥。

7、所述的氢键供体为多元醇或酰胺。

8、所述的氢键受体为金属卤化物、碳酸盐、季铵盐中的一种。

9、所述的煤炭为新疆褐煤或烟煤。

10、所述的惰性气氛为通氮气或氩气。

11、所述的煤炭由球磨机研磨，在60～105℃常压干燥10～20小时后获得。

12、步骤2)中所述的煤炭为0.5g，步骤1)得到的液体为0.5～5ml。

13、步骤3)中所述的洗涤为采用1m盐酸溶液洗涤至少两次，再用蒸馏水洗涤至中性。

14、步骤3)中所述的干燥为置于80～100℃鼓风干燥箱中20～30小时。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、原料丰富：本发明使用的煤廉价易得且处理工艺简单，低共熔溶剂的制备原料来源广泛且价格低廉，这使得低共熔溶剂的制造成本相对较低。

17、2、灵活多变：低共熔溶剂组分的多样性，通过控制组分的种类与比例，能够灵活调控低共熔溶剂对煤溶胀的效果。

18、3、环保高效：本发明采用低共熔溶剂作为溶胀剂和功能化剂，避免了传统方法中使用大量脱灰溶剂、活化剂等对设备的腐蚀及后续复杂的处理过程，具有环保高效的优点。

19、4、性能优异：制备的煤基多孔炭材料具有发达的孔隙结构、高比表面积和良好的导电性，适用于超级电容器等储能器件的电极材料。

20、5、工艺简单：本发明制备方法简单，易于实现工业化生产，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，所述的氢键供体为多元醇或酰胺。

3.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，所述的氢键受体为金属卤化物、碳酸盐、季铵盐中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，所述的煤炭为新疆褐煤或烟煤。

5.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，所述的惰性气氛为通氮气或氩气。

6.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，所述的煤炭由球磨机研磨，在60～105℃常压干燥10～20小时后获得。

7.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，步骤2)中所述的煤炭为0.5g，步骤1)得到的液体为0.5～5ml。

8.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，步骤3)中所述的洗涤为采用1m盐酸溶液洗涤至少两次，再用蒸馏水洗涤至中性。

9.根据权利要求1所述的一种以低共熔溶剂溶胀-功能化制备煤基多孔炭的方法，其特征在于，步骤3)中所述的干燥为置于80～100℃鼓风干燥箱中20～30小时。

技术总结本发明涉及一种以低共熔溶剂溶胀‑功能化制备煤基多孔炭的方法，包括以下步骤：1)将氢键供体和氢键受体按照摩尔比1:(1～10)混合，并置于油浴中并搅拌，直至形成澄清透明的液体；2)取煤炭，放入玻璃瓶中并封口，再加入步骤1)得到的液体，磁力搅拌均匀，将玻璃瓶放入油浴锅中；3)将步骤2)得到的混合物置于管式炉中间加热区域，在惰性气氛下进行热处理，600～900℃保持1～3小时，冷却至室温后洗涤干燥。优点是：原料丰富：本发明使用的煤廉价易得且处理工艺简单，低共熔溶剂的制备原料来源广泛且价格低廉，这使得低共熔溶剂的制造成本相对较低。技术研发人员：吴冬玲,王涛,贾殿赠,郭嘉受保护的技术使用者：新疆大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6