一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法及其应用技术

一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法及其应用。该方法为：收集废弃水葫芦生物质进行洗涤、干燥、研磨成粉，并进行钢筛筛分；将生物质碎屑与碱性溶液进行充分的混合，干燥；将得到的产物进行粉碎，然后在管式炉中进行热解碳化，得到了多孔碳材料。该碳材料具有蜂窝状的多孔结构、高的比表面、丰富的多种杂原子，改多孔碳材料可广泛用于水资源净化、二氧化碳的固化、及锂离子电池的负极等材料领域。该方法环境友好、原料丰富、合成方法简单、容易实现工业化生产，且材料具有蜂窝状多孔结构、固有的多种杂原子、高的比表面积和良好的稳定性。将废弃水葫芦生物质转化为多孔生物炭，无论是对环境安全和能源储存都具有商业价值和现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法及其应用
本专利技术属于环境能源领域，涉及用于锂离子电池负极材料的高比表面积的富含杂原子的多孔碳材料，特别是指一种基于废弃水葫芦生物质基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法及其应用。
技术介绍
环境污染和能源短缺问题一直是科学家研究的热点和难点。在每天的生态循环过程中都会产生大量的废弃生物质，如果处置不当的话，将会造成了严重的资源浪费和环境污染。诸如，水葫芦是一种外来植物普遍存在于各种水体中。然而不幸的是，水葫芦高的再生率和不受控制的增长给生态系统造成了不可估量的危害，如，渔业、航业及水体中营养元素的平衡等。目前，水葫芦主要通过物理打捞处理，而打捞后废弃的水葫芦处理往往会造成环境的二次污染，而且也是资源的进一步浪费。因此，基于变废为宝的理念将废弃的水葫芦生物质转变成有用的产品是急需的且具有重要的挑战。生物质衍生的多孔碳材料，由于其优异的理化性质(诸如，高比表面积、表面易修饰、良好的导电和导热性能、高机械稳定性、耐高温、耐酸碱等特点)而备受国内外研究人员关注，并且已成功地应用于环境修复领域中。近年来，尤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：/nA.废弃水葫芦生物质收集与前处理：将漂浮在河道中的废弃水葫芦进行收集，并用自来水洗去生物质表面附着的物质，弃去根系，茎叶自然风干；/nB.干生物质粉碎：将步骤A得到的风干生物质用粉碎机进行粉碎，并进行钢筛筛分；/nC.浸泡：将步骤B得到的碎屑加入至碱性溶液中，常温下搅拌浸泡一段时间，过滤得到材料滤饼，并在105.0℃的真空干燥箱中进行过夜干燥；/nD.碳化：将步骤C得到的材料进行热解碳化，冷却至室温，得到水葫芦基生物碳材料；/nE.除灰分：将步骤D得到的碳材料加入至酸性溶液中，在一定温度下回流除去KOH和材料本身含有...

【技术特征摘要】
1.一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
A.废弃水葫芦生物质收集与前处理：将漂浮在河道中的废弃水葫芦进行收集，并用自来水洗去生物质表面附着的物质，弃去根系，茎叶自然风干；
B.干生物质粉碎：将步骤A得到的风干生物质用粉碎机进行粉碎，并进行钢筛筛分；
C.浸泡：将步骤B得到的碎屑加入至碱性溶液中，常温下搅拌浸泡一段时间，过滤得到材料滤饼，并在105.0℃的真空干燥箱中进行过夜干燥；
D.碳化：将步骤C得到的材料进行热解碳化，冷却至室温，得到水葫芦基生物碳材料；
E.除灰分：将步骤D得到的碳材料加入至酸性溶液中，在一定温度下回流除去KOH和材料本身含有的灰分物质，冷却至室温，进行过滤得到材料滤饼；
F.洗涤：将步骤E过滤得到的材料滤饼使用离子水进行多次洗涤；
G.干燥：将步骤F过滤得到的材料滤饼进行干燥，即得到蜂窝状含杂原子多孔碳(标记为HBC)。


2.根据权利要求1所述的一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤B的具体步骤为：将水葫芦生物质利用粉碎机进行粉碎，并利用100目的钢筛筛分，取得粒径大小相差不大的生物质碎屑。


3.根据权利要求1所述的一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述的碱性溶液为氢氧化钾溶液，其溶液浓度为3.0～5.0mol/L，浸泡时间为12.0～24.0小时。


4.根据权利要求1所述的一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤C中，水葫芦生物质碎屑与碱性溶液的充分融合，使氢氧化钾分子均匀的分散在生物质组织中，其中氢氧化钾溶液的浓度控制在3.0mol/L时，对生物碳结构中的孔隙均匀化较为重要。


5.根据权利要求1所述的一种水葫芦基蜂窝状含杂原子多孔碳的制备方法，其特征在于，步骤D中所述的热解碳化是在管式炉中进行的，其热解条件是氮气气氛，碳化温度为500.0～700.0℃，碳化时间为3.0～5.0小时；所述氮气气氛中氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：利锋，陈学礼，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44