一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，通过将选定的植物原料投入充氮气的真空罐中，高温碳化后得到碳块，将该碳块在高速剪切机中剪切为200-500nm的超细粉，再将得到的超细粉投入氨气和惰性气体的容器中脱氧后对其进行渗钌改性处理，之后投入低频振动分离器中，半透明片状粉体从出风口溢出得到中间产物植物碳烯粉体，将椰壳碳烯粉体气化处理后氘灯定位下喷射在成形铜箔上生长为层片状的椰壳碳烯材料，并将其在氘灯定位下拉伸延展，之后通过一氧化碳定位器与花椒碳烯粉体复合得到复合碳烯材料，该材料为全新结构的石墨烯材料，更加复杂的内部微观结构致使其具有更大的比表面积，电容量高于普通的石墨烯材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨烯材料领域，具体而言，涉及一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的统称。石墨烯是已知的最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。石墨烯行业仍在量产摸索阶段,主要的制备方法有微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法，其中氧化石墨还原法由于制备成本相对较低，是主要制备方法。中国专利201510026193.2，公开了一种镁粉还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法按以下步骤：(1)将一定量氧化石墨加入到适量的乙醇溶液中，超声0.5-2h得到浓度为0.1-10mg/ml均匀分散的氧化石墨烯乙醇混合液；(2)将质量为氧化石墨2倍以上、粒度≤325目的镁粉加入到步骤(1)所得混合液中经超声+机械搅拌分散0.5-2h后获得分散较均匀的混合浆液；(3)对步骤(2)所得混合浆液过滤并真空干燥后，以10-100MPa的压力进行压块；(4)将步骤(3)所得压块在400～600℃、氩气保护下，烧结1-2h；(5)将步骤(4)烧结后的块体粉碎后，经盐酸萃取得到还原后的石墨烯。本专利技术工艺简单，成本低，还原时间更短和温度更低，整个工艺过程避免了有毒试剂的使用，环境更友好，适用于规模化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法,通过该方法制备的复合碳烯材料具有全新的碳原子排布显微结构，该方法中使用的原料为天然生长的植物，为完全再生资源，同时制备的复合碳烯材料为半透明片状，和现有的石墨烯性能极其相似，硬度大，具有极低地电阻率和极高的电子迁移率。在电子显微镜下观察，其微观结构是平面六角的网状结构，其中，每个单元为被拉伸的六边形，其中一组对称边较短，其余两两相邻的四个边均较长且长度相等。同时，每个六边形内均嵌有四个五边形。该五边形的结构为在被拉伸的六边形中，较长的四个边的中心位置分别嵌有一个原子，被拉伸的六边形的中部嵌有两个原子，这些被嵌入的原子通过共价键结合，并共用六边形顶点上的原子将六边形内部分割为四个五边形。本专利技术提供的复合碳烯材料，为全新结构的石墨烯材料，更加复杂的内部微观结构致使其具有更大的比表面积，电容量高于普通的石墨烯材料。为了达到上述目的，具体方案如下：一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，包括以下步骤:a.将花椒壳与椰壳分别投入充氮气的真空罐中,500-1800℃下分别碳化3-6h得到花椒碳块和椰壳碳块；b.将得到的碳块分别投入高速剪切机中,在3800-24000rpm的转速下分别剪切为200-500nm粒径的花椒碳超细粉和椰壳碳超细粉；c.将得到的超细粉分别投入充有氨气和惰性气体的容器中,在300-400℃下分别脱氧4-10h,之后对其分别继续进行渗钌改性处理30-180min；d.将渗钌改性处理过的超细粉分别投入10-50Hz的充有氨气的低频振动分离器内进行振动分离处理,分别得到半透明片状花椒碳烯粉体和椰壳碳烯粉体；e.将得到的椰壳碳烯粉体用气相沉积法进行气化处理,将气化产物在氘灯定位下喷射在成型铜箔上,在真空环境中生长为层片状；f.将成长的层片状转移至延展台上,氘灯定位同时进行拉伸延展；g.通过一氧化碳定位器将得到的花椒碳烯粉体与延展后的椰壳碳烯层片复合,得到所述复合碳烯材料。本专利技术提供的从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，通过将选定的植物原料投入充氮气的真空罐中，高温碳化后得到碳块，将该碳块在高速剪切机中剪切为200-500nm的超细粉，再将得到的超细粉投入氨气氛围的容器中脱氧后对其进行渗钌改性处理，之后投入低频振动分离器中，半透明片状粉体从出风口溢出得到中间产物植物碳烯粉体。椰壳制备的植物碳烯材料其内部显微结构为，六边形的边长较长，而花椒制备的碳烯材料其内部显微结构中的六边形的边长较短，将边长较长的椰壳碳烯材料用气化沉积法进行气化处理，之后在氘灯定位下喷射在成形铜箔上，真空环境中生长为大的层片状的椰壳碳烯材料，将成长好的层片状椰壳碳烯材料转移至延展台上在氘灯定位下拉伸延展，促使其内部的结构成为两个短边和四个长边的边长差距更大的扁平状六边形，之后，将制备好的花椒碳烯粉体与延展后的椰壳碳烯层片一起通过一氧化碳定位器进行复合，得到所述复合碳烯材料。其中所用的一氧化碳定位器(CO-定位器)是由德国和瑞士一起研发，由日本的旭硝子株式会社(AsahiGlassCo.)生产，该单原子定位器也可以用于玻璃生产中硅原子的定位。在使用一氧化碳定位器时，将花椒碳烯粉体与被拉伸的层片状椰壳碳烯一起送入该定位器内，其内的一氧化碳定位针通过一氧化碳能够自动将花椒碳烯中的碳原子吸取，并将其嵌入被拉伸的椰壳碳烯六边形内及六边形的边上，最终形成一个被拉伸的六边形内嵌有四个五边形的复合结构。进一步地，步骤a中,所述花椒壳还能为花椒籽或金合欢仔。使用花椒籽和金合欢仔通过前述工艺制备的碳烯材料，其显微结构中六边形的边也相对椰壳碳烯较短，所以，也可以将花椒籽碳烯材料和金合欢碳烯材料分别与椰壳碳烯复合制成复合碳烯材料。进一步地，步骤a中,所述碳化分多次进行。优选地，碳化分四次进行，可以将原料中的杂质完全除去。进一步地，步骤c中,氨气和惰性气体的体积比为1:5-1:6。所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的任意一种，优选为氩气。进一步地，步骤c中,所述容器内氨气的压力为0.1-0.3MPa。进一步地，步骤d中,所述低频振动分离器内氨气的压力为常压。进一步地，步骤d中,在所述低频振动分离器内分离处理时：打开进风口，出风口设有压力开关，低频振动分离器底部的超细粉受震动弹跳,氘灯在其上方照射,当低频振动分离器内的压力达到预设值时，压力开关打开，部分超细粉在从进风口进入的风的携带下从出风口溢出，溢出部分为所需要回收的植物碳烯粉体。进一步地，步骤d之后还包括对得到的植物碳烯粉体进行钝化处理。从低频振动分离器中分离溢出的碳烯材料极易被氧化，而且粉末状不易保存，为了便于大批量保存，可以将得到的碳烯粉体进行钝化处理。进一步地，所述钝化处理具体为将得到的植物碳烯粉体投入费托反应器内进行钝化处理,处理温度为500-1600℃,压力15-60MPa,时间30-80min。优选地，椰壳的处理温度为1300-1600℃,压力45-60MPa,时间50-80min。花椒壳和花椒籽的处理温度均为500-800℃,压力15-30MPa,时间30-50min。金合欢仔的处理温度为800-1200℃,压力30-50MPa,时间40-60min。优选地，经过费托反应器处理的碳烯粉体，可以将其制成棒状管材，不仅不易被氧化，同时便于存放。通过本专利技术提供的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，其特征在于，包括以下步骤:a.将花椒壳与椰壳分别投入充氮气的真空罐中,500‑1800℃下分别碳化3‑6h得到花椒碳块和椰壳碳块；b.将得到的碳块分别投入高速剪切机中,在3800‑24000rpm的转速下分别剪切为200‑500nm粒径的花椒碳超细粉和椰壳碳超细粉；c.将得到的超细粉分别投入充有氨气和惰性气体的容器中,在300‑400℃下分别脱氧4‑10h,之后对其分别继续进行渗钌改性处理30‑180min；d.将渗钌改性处理过的超细粉分别投入10‑50Hz的充有氨气的低频振动分离器内进行振动分离处理,分别得到半透明片状花椒碳烯粉体和椰壳碳烯粉体；e.将得到的椰壳碳烯粉体用气相沉积法进行气化处理,将气化产物在氘灯定位下喷射在成型铜箔上,在真空环境中生长为大的层片状；f.将成长的层片状转移至延展台上,氘灯定位同时进行拉伸延展；g.通过一氧化碳定位器将得到的花椒碳烯粉体与延展后的椰壳碳烯层片复合,得到所述复合碳烯材料。

【技术特征摘要】
1.一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，其特征在于，包括以下步骤:a.将花椒壳与椰壳分别投入充氮气的真空罐中,500-1800℃下分别碳化3-6h得到花椒碳块和椰壳碳块；b.将得到的碳块分别投入高速剪切机中,在3800-24000rpm的转速下分别剪切为200-500nm粒径的花椒碳超细粉和椰壳碳超细粉；c.将得到的超细粉分别投入充有氨气和惰性气体的容器中,在300-400℃下分别脱氧4-10h,之后对其分别继续进行渗钌改性处理30-180min；d.将渗钌改性处理过的超细粉分别投入10-50Hz的充有氨气的低频振动分离器内进行振动分离处理,分别得到半透明片状花椒碳烯粉体和椰壳碳烯粉体；e.将得到的椰壳碳烯粉体用气相沉积法进行气化处理,将气化产物在氘灯定位下喷射在成型铜箔上,在真空环境中生长为大的层片状；f.将成长的层片状转移至延展台上,氘灯定位同时进行拉伸延展；g.通过一氧化碳定位器将得到的花椒碳烯粉体与延展后的椰壳碳烯层片复合,得到所述复合碳烯材料。2.根据权利要求1所述的一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，其特征在于，步骤a中,所述花椒壳还能为花椒籽或金合欢仔。3.根据权利要求1或2所述的一种从植物中提取制备复合碳烯材料的方法，其特征在于，步骤a中,所述碳化分四...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泳，张英臣，
申请(专利权)人：航天金洲北京能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11