一种新型碳材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种新型碳材料的制备方法，具体是以新会柑肉为原料，在碳酸氢铵的辅助作用下，经分步碳化法制得。本发明专利技术实现了新会柑肉的废弃物资源综合利用，减轻了环境污染，提高了经济效益。本发明专利技术的制备方法工艺简单，容易操作，可控性高，对环境友好，制得的碳材料为多孔结构，具有高比表面积、高吸附能力及高化学活性，可应用于锂离子电池领域、超级电容器领域、化妆品领域及作为活性载体应用于催化领域等。

A new type of carbon material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种新型碳材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及碳材料
，尤其涉及一种新型碳材料及其制备方法与应用。
技术介绍
新会陈皮作为国家地理标志产品，越来越受到国内外消费群体的关注，陈皮也已成为江门市农业的一张品牌，每年陈皮及其附加产品的产值接近100亿元，陈皮产业带动了江门市种、养、深加工、健康食品等产业的发展。陈皮产业发展过程中，新会柑肉因其口感偏酸，一直都被视作废弃物。每年的10月～11月都有上百万吨的新会柑肉被丢弃，给环境带来了严重污染。近年来，政府引导人们对新会柑肉进行综合利用，包括制作陈皮饮料、用新会柑肉作为养虫饲料等。但因为新会柑具有季节性及新会柑肉储存难等问题的存在，新会柑肉对环境的污染问题依然不能得到有效解决。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种新型碳材料及其制备方法与应用。该新型碳材料以新会柑肉为原料，经分步碳化法制备获得，具有多孔、高比表面积、高吸附性能及高化学活性等优点，可应用于锂离子电池、电容器及化妆品等多个领域，扩宽了新会柑肉的有效利用，减轻了环境污染。为实现其目的，本专利技术采取的技术方案为：一种新型碳材料，其制备方法包括如下步骤：(1)将新会柑肉和碳酸氢铵放入坩埚中，将坩埚置于真空烧结炉内，抽空炉内空气，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；(2)分三个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至36℃，保温10min，第二阶段为升温至60℃，保温30min，第三阶段为升温至110℃，保温20min；(3)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；(4)分三个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至140℃，保温10min，第二阶段为升温至180℃，保温10min，第三阶段为升温至365℃，保温10min；(5)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；(6)分两个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至620℃，保温20min，第二阶段为升温至800℃，保温60min；(7)停止加热，待真空烧结炉冷却至室温后，将黑色产物取出，粉碎，即得所述新型碳材料。优选地，所述步骤(1)中，新会柑肉与碳酸氢铵的重量比为9:1。本申请通过实验发现，原料的重量比会对产物的结构产生显著影响，而以上述质量比制得的碳材料孔隙率最高，为90.36％。优选地，所述坩埚为石墨坩埚。优选地，所述步骤(2)中，第一阶段升温的速率为1℃/min，第二阶段升温的速率为0.5℃/min，第三阶段升温的速率为2℃/min。优选地，所述步骤(4)中，第一阶段升温的速率为2℃/min，第二阶段升温的速率为2℃/min，第三阶段升温的速率为5℃/min。优选地，所述步骤(6)中，第一阶段升温的速率为10℃/min，第二阶段升温的速率为10℃/min。本专利技术还提供了所述新型碳材料的用途，包括其在锂离子电池、超级电容器、化妆品及催化领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：新会柑肉中含有类黄酮、单萜、香豆素、类胡萝卜素、类丙醇、吖啶酮和甘油糖脂质等，其碳化过程比较复杂。本专利技术采用分步碳化法将新会柑肉制备成多孔、高比表面积、高吸附能力及高化学活性的新型碳材料，实现了废弃物资源综合利用，减轻了环境污染，提高了经济效益。本专利技术制备的碳材料可应用于锂离子电池领域、超级电容器领域、化妆品领域及作为活性载体应用于催化领域等。本专利技术的制备方法工艺简单，容易操作，可控性高，对环境友好。附图说明图1为实施例1制得的新型碳材料在粉碎前的外观图；图2为实施例1制得的新型碳材料在粉碎后于5um扫描电镜下观察的结构图。具体实施方式为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，本专利技术通过下列实施例进一步说明。显然，下列实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，本专利技术实施例仅用于说明本专利技术的技术效果，而非用于限制本专利技术的保护范围。实施例1一种新型碳材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将90重量份的新会柑肉和10重量份的碳酸氢铵放入石墨坩埚中，将坩埚置于真空烧结炉内，抽空炉内空气，缓慢输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；(2)在氮气气氛下，以1℃/min的升温速率将炉内温度升至36℃，保温10min，然后以0.5℃/min的升温速率将炉内温度继续升至60℃，保温30min，最后以2℃/min的升温速率将炉内温度继续升至110℃，保温20min；(3)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；(4)在氮气气氛下，以2℃/min的升温速率将炉内温度升至140℃，保温10min，然后以2℃/min的升温速率将炉内温度继续升至180℃，保温10min，最后以5℃/min的升温速率将炉内温度继续升至365℃，保温10min；(5)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；(6)在氮气气氛下，以10℃/min的升温速率将炉内温度升至620℃，保温20min，然后以10℃/min的升温速率将炉内温度继续升至800℃，保温60min；(7)闭炉子电源，停止加热，待真空烧结炉自然冷却至室温后，将黑色产物取出，用球磨机粉碎，真空包装，即得所述新型碳材料。从图1可看出，本实施例已将新会柑肉完全碳化制成碳材料。从图2可看出，本实施例制得的碳材料为疏松多孔结构，具有高比表面积。对比例1与实施例1相比，区别仅在于：对比例1中，新会柑肉为85重量份、碳酸氢铵为15重量份。对比例2与实施例1相比，区别仅在于：对比例2中，新会柑肉为95重量份、碳酸氢铵为5重量份。经XRD分析，实施例1、对比例1和对比例2制得的碳材料的孔隙体积比如下表所示。产物孔隙体积比实施例190.36％对比例184.71％对比例288.25％从上表数据可看出，实施例1的孔隙率最高，说明新会柑肉与碳酸氢铵的重量比为9:1时，所制得碳材料的性能较优。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对本专利技术保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的实质和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将新会柑肉和碳酸氢铵放入坩埚中，将坩埚置于真空烧结炉内，抽空炉内空气，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；/n(2)分三个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至36℃，保温10min，第二阶段为升温至60℃，保温30min，第三阶段为升温至110℃，保温20min；/n(3)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；/n(4)分三个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至140℃，保温10min，第二阶段为升温至180℃，保温10min，第三阶段为升温至365℃，保温10min；/n(5)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；/n(6)分两个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至620℃，保温20min，第二阶段为升温至800℃，保温60min；/n(7)停止加热，待真空烧结炉冷却至室温后，将黑色产物取出，粉碎，即得所述新型碳材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将新会柑肉和碳酸氢铵放入坩埚中，将坩埚置于真空烧结炉内，抽空炉内空气，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；
(2)分三个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至36℃，保温10min，第二阶段为升温至60℃，保温30min，第三阶段为升温至110℃，保温20min；
(3)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；
(4)分三个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至140℃，保温10min，第二阶段为升温至180℃，保温10min，第三阶段为升温至365℃，保温10min；
(5)抽空炉内气体，输入氮气，使炉内气压保持在1个大气压；
(6)分两个阶段对炉内进行升温，第一阶段为升温至620℃，保温20min，第二阶段为升温至800℃，保温60min；
(7)停止加热，待真空烧结炉冷却至室温后，将黑色产物取出，粉碎，即得所述新型碳材料。


2.如权利要求1所述的新型碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，新会柑肉与碳酸氢铵的重量比为9:1。

【专利技术属性】
技术研发人员：尹荔松，钟兆祥，甘颖俊，王向科，吴盈华，
申请(专利权)人：广东华科新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44