文冠果壳残渣废弃物制备的多孔炭材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及文冠果壳残渣废弃物制备的多孔炭材料及其制备方法与应用。其制备方法包括：S1.将文冠果壳残渣废弃物置于惰性气氛中加热炭化，炭化温度为400‑800℃，炭化时间为80min～150min；S2.将步骤S1制得产物进行酸洗，然后水洗至中性；S3.将步骤S2制得产物浸渍于化学活化剂中；S4.将步骤S3制得产物进行加热活化，加热温度为700～900℃，时间为60‑140min；经酸洗、水洗、干燥后，得文冠果壳残渣废弃物基多孔炭材料。本发明专利技术所得多孔炭材料用于超级电容器电极，性能优异；提供了一种处置文冠果壳提取有效成分后残余固体的废弃物的方法，实现变废为宝，资源高效清洁利用。

Porous carbon material prepared from residue of pericarp and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
文冠果壳残渣废弃物制备的多孔炭材料及其制备方法与应用
本专利技术属于固体废物处置利用、生物炭材料制备
，具体涉及一种文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料及其应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。文冠果属于无患子科文冠果属，为单种属，落叶灌木或小乔木，是我国特有的珍稀木本油料植物，也是我国林业和科技部重力发展和扶持的农林作物。树种适于城镇、园林绿化，在丘陵、山坡石砾地，粘土地级黄土地均能生长，耐轻盐碱，耐寒冷，在气温-40℃时不受冻害，具有很好的食用价值、生态价值、药用价值等。文冠果全株都具有较高的开发价值，花、叶、树枝都可以提取消炎、杀菌、祛湿等药物。种仁含油55％～67％，其油富含丰富的亚油酸、亚麻酸、二十碳烯酸等宜于食用的脂肪酸，亦适宜压榨制备生物柴油；文冠果果壳含有三萜类、黄酮类，生物碱类、单萜及脂肪酸类等化合物，其中分离得到的皂苷类化合物——文冠果壳苷，具有抗炎，治疗小儿遗尿，增强记忆，抗肿瘤等药理作用。文冠果果实中果壳的质量占到总质量的50％以上，干果壳提取的有效成分含量很少，提取后残渣占总质量的95％以上。相关专利未涉及提取有效成分后的固体残渣处置和高效利用问题。现有研究公开一种文冠果壳苷的制备方法，涉及文冠果中文冠果壳苷的制备新方法，可实现高效率、高纯度的文冠果壳苷的制备。该制备方法简便可靠，减少过多中间操作环节，从而降低了产品损耗，收率明显较以往方法提高。现有研究公开一种文冠果黄酮提取物在降糖降脂领域的应用及其提取方法,旨在提供一种高效、得率高、耗时短、操作简单、生产成本低、对设备腐蚀性低的文冠果壳中黄酮提取方法及具有保健作用的提取物，该黄酮可用于降血糖降脂领域；其技术方案为：取文冠果壳于烘箱中干燥至恒重，粉碎得粉末，加入石油醚脱脂3次，滤渣再加入一定体积乙醇溶液，以离子液体为相转移催化剂，在40～80℃，反应3min～25min提取黄酮化合物，将提取液浓缩后得到浓缩液，向浓缩液中加入等质量的AB-8大孔树脂混合并搅拌均匀，干燥后上AB-8树脂，水洗至无色，再以乙醇溶液淋洗，收集洗脱液，洗脱液减压浓缩并干燥后即得产物。现有技术公开高效、得率高、耗时短、操作简单、生产成本低、对设备腐蚀性低的文冠果壳中黄酮提取方法。其技术方案为：去油后的粉碎文冠果果壳,用一定量的溶液浸泡后在超声波设备中，超声波提取一段时间，将提取液抽滤，滤液浓缩，冻干即为文冠果黄酮浓缩物。现有技术公开一种从文冠果果壳、果柄和/或花中提取的文冠果壳苷的方法，首先选取干燥、无霉变的文冠果果壳、果柄和/或花；粉碎成20-40目；采用体积百分比浓度为50-95％的醇类或水提取，得到提取液；经醇类提取的提取液过大孔树脂或者经水提取的提取液浓缩过大孔树脂、除去糖、果胶，富集有效成分。关于采用文冠果壳制备多孔炭材料的专利如下：现有技术公开了一种文冠果种皮制备纳米多孔碳的方法、纳米多孔碳、超级电容电极片以及超级电容电极片的制备方法，通过活化温度和活化剂用量的调控，文冠果种皮多孔碳在比表面积可达2148m/g，多孔结构是大量规则紧密排列的微孔组成，孔径分布在2nm以下，由该多孔碳制备的电极，在0.5A/g的电流密度下比电容高达420F/g，当电流密度升高至20A/g时仍然具有极佳比电容(128F/g)，在电流密度为10A/g的条件下进行充放电1000次后其电容保持率仍高达98.7％。以文冠果种皮为原料制备的多孔碳材料具有良好的电化学性能，可作为超级电容器的电极材料，为文冠果资源综合开发利用提供了新的思路与途径。现有技术公开了一种生物质碳/硫复合材料的制备及应用，是将文冠果壳经脱水干燥后粉碎，添加造孔剂，在惰性气体气氛下高温碳化，得到多孔生物质碳材料；再将多孔生物质碳材料和升华硫以一定的比例研磨混合均匀后，通过热处理加热熔融使硫扩散进碳的孔隙内，再采用溶剂溶解方法除去表面残留的硫，制得生物质碳/硫复合材料。硫填充进多孔碳材料当中，增加了硫与碳材料的电接触能力，并提升复合材料的体积能量密度；碳材料的多孔结构可达到锚定可溶性多硫化物的效果，并能容纳硫在充/放电过程中的体积变化。将该复合材料作为锂硫电池正极材料或钠离子电池负极材料使用时，具有良好的电化学性能。现有技术公开了一种文冠果果壳颗粒活性炭及其制备方法。包括有如下步骤：(1)将文冠果果壳干燥之后进行粉碎；(2)氯化锌溶液浸渍；(3)高温炭化、活化；(4)漂洗、干燥、过筛得成品活性炭。优点在于：以文冠果果壳制备活性炭原料充足，原料来自文冠果生物柴油的加工剩余物，使其变废为宝；以文冠果果壳为原料，氯化锌溶液活化工艺制备活性炭制备工艺简单，生产成本降低、污染少、对设备腐蚀性小、机械强度高、经久耐用；氯化锌活化法制备文冠果果壳活性炭比表面积大、孔隙结构发达、吸附性能好。以上研究针对文冠果壳直接用于制备多孔炭、活性炭材料，但专利技术人发现：果壳具有很好的药物提取价值，果壳价格每千克在4—16元，直接用以制备活性炭成本会很高。另外，随着文冠果天然药物的开发和综合利用，文冠果壳提取各类有效成分后的残渣，或含有有害有机溶剂，常用以堆肥还林还田，难以合理高效利用。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供一种文冠果壳提取有效成分后的残渣废弃物制备多孔炭的方法，也是残渣高效处置利用的方法。相较于传统生物质材料，本专利技术采用文冠果提取天然有效成分后的废弃物作为原材料，由于各类提取工艺，通过细胞破壁和提取组分，可以增加孔隙连通性，利于去除杂质金属离子，利于活化剂高温造孔，增加多孔炭的比表面积和孔容。本专利技术制备的多孔炭杂质低、灰分少，浸润性好，组装成得二电极体系双电层超级电容器具有优异的比电容、较小的等效串联电阻、较高的充放电效率，特别是在高倍率下充放电具有优良的大电流充放电能力及能量密度。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一个方面，提供了一种文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料的方法，包括：对文冠果壳的天然成分进行提取，得到文冠果壳残渣废弃物；将所述文冠果壳残渣废弃物进行炭化、酸洗、活化后，再次酸洗、水洗、干燥，即得文冠果废弃物基多孔炭电极材料。本申请研究发现：与直接以文冠果壳制备碳材料相比，采用提取天然有效成分后的文冠果壳废弃物作为原材料制备出的多孔炭电极材料电学性能更为优异，且有效降低了多孔炭电极材料的制造成本，实现了文冠果壳的综合利用。本专利技术的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料。本专利技术通过细胞破壁和提取组分，可以增加孔隙连通性，利于去除杂质金属离子，利于活化剂高温造孔，增加多孔炭的比表面积和孔容。本专利技术的第三个方面，提供了上述的多孔炭材料在制备超级电容器用多孔炭电极及超级电容器中的应用。本专利技术制备的多孔炭杂质低、灰分少，浸润性好，组装成得二电极体系双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料的方法，其特征在于，包括：/n对文冠果壳的天然成分进行提取，得到文冠果壳残渣废弃物；/n将所述文冠果壳残渣废弃物进行炭化、酸洗、活化后，再次酸洗、水洗、干燥，即得文冠果废弃物基多孔炭电极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料的方法，其特征在于，包括：
对文冠果壳的天然成分进行提取，得到文冠果壳残渣废弃物；
将所述文冠果壳残渣废弃物进行炭化、酸洗、活化后，再次酸洗、水洗、干燥，即得文冠果废弃物基多孔炭电极材料。


2.如权利要求1所述的文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料的方法，其特征在于，所述提取方法为有机溶剂提取、CO2超临界萃取以及超声波、微波辅助的一种或几种的组合。


3.如权利要求1所述的文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料的方法，其特征在于，所述炭化在惰性气体保护下进行，温度为400-800℃，炭化时间为80min～150min。


4.如权利要求1所述的文冠果壳残渣废弃物制备多孔炭材料的方法，其特征在于，所述酸洗采用硫酸、盐酸、硝酸或氢氟酸的水溶液中的至少一种。


5.如权利要求1所述的文冠果壳残渣废弃物...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩奎华，李金晓，牛胜利，齐建荟，滕召才，王梅梅，张继刚，张晓峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37