一种生物质基多孔炭的制备方法及产品技术

本发明专利技术属于生物质能利用领域，并公开了一种生物质基多孔炭的制备方法及产品。该方法包括S1将生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐混合后，加热干燥，得到多孔炭前驱物；S2将多孔炭前驱物在惰性气氛下进行升温热解炭化，然后保温；S3将混合物进行酸洗，除去碱金属盐后，然后用过量的去离子水过滤冲洗至滤液成中性，干燥后即得到生物质基多孔炭。本发明专利技术还公开了相应的产品。本发明专利技术通过调节制备条件，采用活化剂对生物质进行催化炭化，活化剂催化生物质炭化结焦、充分接触焦炭颗粒并进一步活化产生微孔制得具有高比表面积的生物质基多孔炭，方法简单，是一种绿色可持续的制备方法，对于不同的糖类及木质纤维素类生物质原料都具有广泛的适用性。

A preparation method and product of biomass-based porous carbon

The invention belongs to the field of biomass energy utilization, and discloses a preparation method and product of biomass-based porous carbon. The method includes S1 mixing biomass particles with organic potassium salt or organic sodium salt, heating and drying to obtain porous carbon precursors; S2 pyrolysis and carbonization of porous carbon precursors in inert atmosphere, and then thermal insulation; S3 pickling the mixture, removing alkali metal salts, then filtering and rinsing the filtrate with excessive deionized water to neutralize, after drying, the biomass base is obtained. Porous carbon. The invention also discloses corresponding products. By adjusting the preparation conditions, using activator to catalyze the carbonization of biomass, activator to catalyze the carbonization and coking of biomass, fully contacting coke particles and further activating to produce microporous biomass-based porous carbon with high specific surface area, the method is simple, and is a green and sustainable preparation method, for different carbohydrates and lignocellulose biomass raw materials. It has wide applicability.

【技术实现步骤摘要】
一种生物质基多孔炭的制备方法及产品
本专利技术属于生物质能利用
，更具体地，涉及一种生物质基多孔炭的制备方法及产品。
技术介绍
生物质是唯一含炭的清洁可再生资源，可代替石油、煤炭等化石能源用于电力生产、炭材料制备等。开发生物质能有利于优化我国能源供应结构，缓解日益严峻的环境问题。生物质基多孔炭的利用由来已久，早在我国汉朝时期，人们以木材为原料经焖烧而成的木炭就已应用在吸潮、脱色等方面。如今生物质基多孔炭更是依靠其发达的孔隙结构、良好的导热导电性能、较高的稳定性、易掺杂负载等特点，在吸附分离、能源存储、催化转化等领域都有着广泛的应用前景。多孔炭的微孔结构在吸附分离、能源存储领域至关重要，为制备具有发达微孔孔隙的生物质基多孔炭，往往需要对前驱物进行高温活化处理。活化方法主要分为物理活化法和化学活化法两类，其中化学活化法具有更好的活化效果及更高的炭产率。传统的化学活化剂如KOH、ZnCl2虽然具有优异的活化效果，但由于高腐蚀性、高毒性、环境不友好等特性不利于它们的可持续的大规模使用。现有技术中，通常采用钾、钠、铵的草酸盐及碳酸氢盐为活化剂的两步炭化法制备生物质基多级孔炭，这些活化剂无毒、无腐蚀、环境友好，为化学活化法提供了新的选择，如以碳酸氢钾为活化剂经一步法制备了生物质基分级孔炭，孔隙的生成主要是由于200℃时碳酸氢钾分解的物理膨胀及分解产生碳酸钾的高温活化作用。但是，现有技术中，一方面对生物质的原材料要求较高，一般要求原料的纤维素含量在20％以上才能够达到较好的效果，另一方面，现有技术中获取的生物质基多级孔炭的制备工艺复杂，且所获取的产物的比表面积小。因此，亟需提供一种新的适用性更广的技术方案，以更简单的工艺方法制备得到比表面积更大，微孔占比更高的生物质基多级孔炭。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，提供了一种生物质基多孔炭的制备方法，其通过调节制备条件，采用活化剂对生物质进行催化炭化，催化生物质炭化结焦、充分接触焦炭颗粒并进一步活化产生微孔制得具有高比表面积的生物质基多孔炭，方法简单，是一种绿色可持续的制备方法，对于不同的糖类及木质纤维素类生物质原料都具有广泛的适用性。为实现上述目的，本专利技术提出了一种生物质基多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1将粉碎后的生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐按照一定质量比进行混合后，加热干燥，得到多孔炭前驱物；S2将步骤S1中得到的多孔炭前驱物在惰性气氛下进行升温热解炭化，然后保温，得到生物炭和碱金属盐的混合物；S3将步骤S2中得到的生物炭和碱金属盐的混合物进行酸洗，除去碱金属盐后，然后用过量的去离子水过滤冲洗至滤液成中性，干燥后即得到生物质基多孔炭。进一步的，步骤S1中，所述生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的质量比为1：0.5～1：4，优选的，所述生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的质量比为1：1～1：2。进一步的，步骤S1中，所述物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐采用直接机械混合或溶剂辅助机械混合的方式进行混合。进一步的，所述溶剂辅助机械混合的方式中，需在所述物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的混合物中添加混合溶剂，所述混合溶剂为乙醇或水，优选的，所述混合溶剂为乙醇；所述混合溶剂与所述物质颗粒的质量比为0.2:1～1:1，优选的，所述混合溶剂与所述物质颗粒的质量比为0.5:1。进一步的，所述有机钾盐为草酸钾、甲酸钾、乙酸钾、柠檬酸钾、酒石酸钾、乳酸钾中的至少一种；所述有机钠盐为草酸钠、甲酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠、乳酸钠中的至少一种。进一步的，步骤S2中，所述热解炭化的反应温度为700℃～1000℃，优选的，所述热解炭化的反应温度为800℃；所述热解炭化过程中的升温速率为5℃/min～100℃/min，优选的，所述热解炭化过程中的升温速率为10℃/min～15℃/min。进一步的，步骤S2中，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。进一步的，步骤S3中，所述干燥的温度为60℃～100℃，优选的，所述干燥的时间为80℃，干燥时间为2h～12h，优选的，所述干燥的时间为7h。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种应用上述的方法制备获得的生物质基多孔炭产品。进一步的，所述生物质基多孔炭产品的微孔占比不小于50％。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术利用有机钾(钠)盐较低的熔点及较强的催化热解特性，使生物质热解温度提前，促进生物质结焦并释放气体，与此同时熔融的有机钾(钠)盐离子液体浸润生物质焦内部，进一步催化生物质热解，从而塑造出深入颗粒内部的通道结构，使活化反应发生地更加充分，同时通过调节制备条件，使得活化剂与生物质进行催化炭化、充分接触焦炭颗粒并进一步活化产生微孔制得具有较高比表面积的生物质基多孔炭，所制备的生物质基多孔炭比表面积可达1700m2/g，方法简单，是一种绿色可持续的制备方法，对于不同的糖类及木质纤维素类生物质原料都具有广泛的适用性，本方法工艺简单，成本低。(2)本专利技术生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的质量比为1：0.5～1：4，优选的，所述生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的质量比为1：1～1：2，进而在较低的活化剂添加量下，便可达到较高的活化效果，有效降低了钾的用量及可能的钾排放。(3)本专利技术物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐采用直接机械混合或溶剂辅助机械混合的方式进行混合，进而，所选用的有机钾(钠)盐活化剂可以充分分布在颗粒内部，通过深入颗粒内部及向周围扩展两条路径构造微孔和介孔，从而能够通过调节升温速率及活化剂添加量对孔隙结构(微孔和介孔比)实现有效的调控。(4)所述有机钾盐为草酸钾、甲酸钾、乙酸钾、柠檬酸钾、酒石酸钾、乳酸钾中的至少一种；所述有机钠盐为草酸钠、甲酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠、乳酸钠中的至少一种，所选用有机钾(钠)盐作为活化剂，其能够在较低温度(150℃～350℃)下熔融并具有较无机碱金属盐更强烈的催化热解作用，通过析出气体产物产生气孔，使熔融的活化剂能够在最佳配比条件下更深入地与生物质结合，从而在高温时能够更高效地发生碳骨架刻蚀反应，通过简单的一步炭化法及后处理得到了具有发达孔隙的生物质基多孔炭，对于任意一种糖类或木质纤维素类生物质都表现出优异的活化效果，具有很好的原料普适性。(5)本专利技术通过对生物质热解炭化的过程条件进行配合设计，以实现生物质在活性剂的作用下向多孔炭产品的高效转化，在反应温度为700℃～1000℃条件下，生物质焦颗粒表面浸润的有机钾(钠)盐发生均裂及自由基反应，部分在颗粒表面沉积塑造具有一定化学结构的碳骨架。分解产生的无机碱金属氧化物或碳酸盐将与生物质焦发生活化反应，通过深入颗粒内部及向周围扩展两种路径构造微孔和介孔，从而使得获得的产品具有较高比表面积(生物质基多孔炭比表面积可达1700m2/g)和微孔占比(微孔占比不小于50％)。(6)本专利技术获取的生物质基多孔炭产品的微孔占比不小于50％，比表面积可达1700m2/g，其发达的孔隙结构在吸附分离、能源存储、催化转化等领域都有着广泛的应用前景。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的一种生物质基多孔炭的制备方法的流程图；图2是按照本专利技术实施例1制备的生物质基多孔炭材料的SEM图；图3是按照本专利技术实施例1制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质基多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1将粉碎后的生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐按照一定质量比进行混合后，加热干燥，得到多孔炭前驱物；S2将步骤S1中得到的多孔炭前驱物在惰性气氛下进行升温热解炭化，然后保温，得到生物炭和碱金属盐的混合物；S3将步骤S2中得到的生物炭和碱金属盐的混合物进行酸洗，除去碱金属盐后，用过量的去离子水过滤冲洗至滤液成中性，干燥后即得到生物质基多孔炭。

【技术特征摘要】
1.一种生物质基多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，S1将粉碎后的生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐按照一定质量比进行混合后，加热干燥，得到多孔炭前驱物；S2将步骤S1中得到的多孔炭前驱物在惰性气氛下进行升温热解炭化，然后保温，得到生物炭和碱金属盐的混合物；S3将步骤S2中得到的生物炭和碱金属盐的混合物进行酸洗，除去碱金属盐后，用过量的去离子水过滤冲洗至滤液成中性，干燥后即得到生物质基多孔炭。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的质量比为1：0.5～1：4，优选的，所述生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的质量比为1：1～1：2。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述生物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐采用直接机械混合或溶剂辅助机械混合的方式进行混合。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂辅助机械混合的方式中，需在所述物质颗粒与有机钾盐或有机钠盐的混合物中添加混合溶剂，所述混合溶剂为乙醇或水，优选的，所述混合溶剂为乙醇；所述混合溶剂与所述物质颗粒的质量比为0.2:1～1:1，优选的，所述混合溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉平，夏明巍，杨海平，陈应泉，张雄，陈伟，邵敬爱，杨晴，曾阔，王贤华，张世红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42