一种生物质多孔碳材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及一种生物质多孔碳及其制备方法，其包括如下步骤：S1将生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾进行干法研磨，混合均匀；S2将S1得到的混合物在保护气氛围下，850℃炭化2h，冷却至室温，得到碳材料；S3对得到的碳材料进行酸洗和去离子水清洗，干燥即得，本发明专利技术方法廉价环保，制备得到的多孔碳材料具有良好的孔结构和电化学性能，在脱盐方面的实验说明该材料在海水淡化领域具有较大应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质多孔碳材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种生物质多孔碳及其制备方法，属于碳材料

技术介绍
目前，碳材料由于其具备优良的多孔性能被广泛应用于吸附剂、催化剂、燃料电池、二次电池的电极材料、超级电容、复合材料、气敏元件、太阳能电池、多种电子器件等领域。碳材料顾名思义为以碳为主要元素的材料，主要包括石墨、炭黑、活性炭、炭纤维、碳纳米管等，其结构、组成和性质直接决定了其整体性能、应用以及价格，对于资源有限的不可再生资源，其开发和利用收到了限制。近几年来，越来越多的人将重点放到了寻求来源充足性能优异的碳材料的研究开发，可再生的生物质资源成为理想的碳源，获得的碳材料主要由活化处理过程决定。目前，常用的活化剂为氢氧化钾、钾的碳酸盐、硫酸或氯化锌，得到的碳材料导电性能差，针对上述缺陷，CN107265436A公开了一种生物质石墨化多孔碳材料的制备方法，以生物质为原料，以高铁酸钾作为造孔剂和催化剂，得到了生物质石墨化多孔碳材料，比表面积为1000~2000m2/g，具有较高的石墨化程度，但是其表面积较低，限制了其应用。有鉴于此，需要专利技术一种能够提升碳材料性能的方法，以适用于高要求领域需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可以获得大比表面积、高吸附性能和导电性高的生物质多孔碳制备方法，并同时提供其应用。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：技术主题一一种生物质多孔碳及其制备方法，其包括如下步骤：<br>S1：将生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾进行干法研磨，混合均匀；S2：将S1得到的混合物在保护气氛围下，750～950℃炭化1～3h，冷却至室温，得到碳材料；S3：对得到的碳材料进行酸洗和去离子水清洗，干燥即得。在本专利技术的一些实施方案中，所述生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的质量比为1:0.5～1.5:0.5～2:1～3:1～2.5。在本专利技术的一些实施方案中，所述生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的质量比为1:1:1:1:1。在本专利技术的一些实施方案中，所述生物质选自甲壳素、木质素或纤维素中的一种或任意两种以上的组合。在本专利技术的一些实施方案中，所述生物质选自甲壳素。在本专利技术的一些实施方案中，所述干法研磨为干法球磨，研磨球的质量与所述生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的总质量比1:4~6，研磨球直径为0.5mm～10mm，转速为250～600r/min，研磨时间为1～5h。在本专利技术的一些实施方案中，所述研磨球的质量与所述生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的总质量比1:5，研磨球直径为3mm，转速为450r/min，研磨时间3h。在本专利技术的一些实施方案中，所述步骤S2具体为：以15～40mL/min的速率不断通入保护气，先从室温以1.2～1.8℃/min的速率升温至280～320℃，然后以2～2.2℃/min速率升温到750～950℃后保持1～3个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳材料。在本专利技术的一些实施方案中所述保护气选自氮气、氦气或二氧化碳。在本专利技术的一些实施方案中，所述盐酸的浓度为5wt%。技术主题二一种如技术主题一所提供的制备方法获得的生物质多孔碳材料在海水淡化领域的应用。在本专利技术的一些实施方案中，所述应用为制备脱盐电极。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本方明所提供的方法中，氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾同时使用，可以协同造孔和提高材料石墨化，氯化铵和碳酸氢铵能够高温分解产生氯化氢和氨气，然后二者高温又反应形成氯化铵，循环使用，本方法成本低，工艺简单，可以“一锅烧”一步形成多孔碳材料。本专利技术所提供的方法得到的材料，经验证，比表面积大于2000m2/g，最高可达2980m2/g，比电容可达200F/g以上，最高可达320F/g以上。采用本专利技术方法制备得到多孔碳材料制备脱盐电极，进行海水淡化实验，氯化钠吸附量最高可达到45mg/g。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例1碳材料的电镜扫描图；图2为本专利技术实施例1电极碳材料循环伏安图；图3为本专利技术实施例1碳材料电极在电流密度为6A/g下测得循环充放电图；图4为本专利技术实施例1碳材料的拉曼光谱图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对专利技术进行清楚、完整的描述。实施例1一种生物质多孔碳及其制备方法，其包括如下步骤：S1：将3g甲壳素、3g氯化锌、3g碳酸氢铵、3g氯化铵和3g高铁酸钾进行球磨混合，研磨球直径为3mm，研磨球的质量与生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的总质量比为1:5，转速400r/min，研磨3小时，混合均匀；S2：将S1得到的混合物置入高温炭化炉中，以25mL/min的速率不断通入惰性保护气氮气，先从室温以1.5℃/min的速率升温至300℃，然后以2℃/min速率升温到850℃后保持2个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳材料；S3：用5wt%的盐酸溶液清洗三次，用去离子水清洗三次，干燥得到多孔碳材料。制备得到的碳材料参数如下：比表面积2980m2/g，比电容高达320F/g以上，石墨化程度（IG）为0.98。对制备得到的碳材料进行扫描电子显微镜（SEM）观察，其形貌如图1所示，为明显的三维多孔结构。对制备得到的碳材料进行循环伏安和循环充放电图分别见图2和图3。对制备得到的碳材料进行拉曼光谱观察，体现了其石墨化程度。实施例2一种生物质多孔碳及其制备方法，其包括如下步骤：S1：将3g木质素,3g氯化锌、3g碳酸氢铵、3g氯化铵和3g高铁酸钾进行球磨混合，研磨球直径为5mm，研磨球的质量与生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的总质量比为1:5.3g，转速400r/min，研磨时间为3h，混合均匀；S2：将S1得到的混合物置入高温炭化炉中，以25mL/min的速率不断通入惰性保护气氮气，先从室温以1.5℃/min的速率升温至300℃，然后以2℃/min速率升温到850℃后保持2个小时，再缓慢降至室温，即制得黑色的碳材料；S3：用5wt%的盐酸溶液清洗三次，用去离子水清洗三次，干燥得到多孔碳材料。制备得到的碳材料参数如下：比表面积2100m2/g，比电容高达260F/g以上，石墨化程度（IG）为1.13。实施例3一种生物质多孔碳及其制备方法，其包括如下步骤：S1：将3g纤维素、3g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质多孔碳及其制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：/nS1：将生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾进行干法研磨，混合均匀；/nS2：将S1得到的混合物在保护气氛围下，750～950℃炭化1～3h，冷却至室温，得到碳材料；/nS3：对得到的碳材料进行酸洗和去离子水清洗，干燥即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物质多孔碳及其制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1：将生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾进行干法研磨，混合均匀；
S2：将S1得到的混合物在保护气氛围下，750～950℃炭化1～3h，冷却至室温，得到碳材料；
S3：对得到的碳材料进行酸洗和去离子水清洗，干燥即得。


2.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳及其制备方法，其特征在于，所述生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的质量比为1:0.5～1.5:0.5～2:1～3:1～2.5。


3.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳及其制备方法，其特征在于，所述生物质、氯化锌、碳酸氢铵、氯化铵和高铁酸钾的质量比为1:1:1:1:1。


4.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳及其制备方法，其特征在于，所述生物质选自甲壳素、木质素或纤维素中的一种或任意两种以上的组合。


5.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳及其制备方法，其特征在于，所述生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：许跃龙，刘展，任斌，翟作昭，王莎莎，刘振法，张利辉，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13