炭材料的制备方法、炭材料及应用技术

本发明专利技术公开了炭材料的制备方法、炭材料及应用，涉及炭材料技术领域。炭材料的制备方法通过在不同浓度的表面活性剂溶液中加入包覆剂，在搅拌蒸发的条件下表面活性剂形成聚集体并被包覆剂包覆形成包覆物，将包覆物进行热解炭化得到炭化物，利用包覆剂的包覆使材料在炭化过程中不会出现集聚，得到均匀的炭材料。本发明专利技术为炭材料的制备提供新思路，节省了木材、煤炭和椰壳等资源，且可以通过控制表面活性剂溶液的浓度控制得到炭材料的形貌，实现了准确控制炭材料形貌的目的，具有非常好的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
炭材料的制备方法、炭材料及应用


[0001]本专利技术涉及炭材料
，具体而言，涉及炭材料的制备方法、炭材料及应用。

技术介绍

[0002]表面活性剂是一种一端亲油一端亲水的两亲分子，具有工业味精之称。表面活性剂一般可分非离子表面活性剂、两性表面活性剂、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂四类。目前，针对表面活性剂的研究主要是集中在新型双分子表面活性剂、表面活性剂的降解和表面活性剂作为助剂的应用，但在表面活性剂的热解方面研究甚少。
[0003]2020年全球表面活性剂销售额达446亿美元，在我国洗涤剂和化妆品行业是表面活性剂消耗量较大的两大行业。在使用过程中势必导致大量的表面活性剂以液体和固体的形式进入废物处理过程，对环境造成伤害对资源造成浪费。
[0004]目前，在炭材料制备过程中，主要以木材、煤、各种坚果壳等含碳元素丰富的物质为原料，制备各种炭材料成为国内外学者的一个研究热点。但是，当前想制备出可以准确控制炭材料形貌的技术还不够成熟。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供炭材料的制备方法、炭材料及应用，旨在提供一种新的炭材料的制备方法，为炭材料的制备提供新思路。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种炭材料的制备方法，在搅拌蒸发的条件下，将包覆剂逐渐加入至表面活性剂溶液中，使包覆剂包覆于表面活性剂聚集体上形成包覆物；将包覆物进行热解；
[0009]其中，表面活性剂溶液的浓度大于或等于0.8倍的临界胶束浓度。
[0010]在可选的实施方式中，将固态的包覆剂逐渐加入至表面活性剂溶液中，当体系中出现结晶时停止加入包覆剂，通过搅拌结晶使水分蒸干则得到包覆物；优选地，搅拌速率为200
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500r/min，更优选为250
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350r/min。
[0011]在可选的实施方式中，表面活性剂溶液的浓度为0.9
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50倍的临界胶束浓度；优选为0.95
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20倍的临界胶束浓度。
[0012]在可选的实施方式中，表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二甲基甜菜碱、聚氧乙烯烷基酰醇胺和氨基丙酸衍生物中的至少一种。
[0013]在可选的实施方式中，包覆剂选自无机盐或无机碱中的至少一种；优选地，包覆剂选自氯化钠、氯化钾、氯化锌、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
[0014]在可选的实施方式中，热解是控制热解温度为300
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1000℃；优选为400
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500℃；优选地，热解的过程中，是以80
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120℃/h的速率升温至热解温度，再保温0.5
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1.5h。
[0015]在可选的实施方式中，通过控制表面活性剂溶液的浓度制备特定形貌的炭材料：
[0016]通过控制表面活性剂溶液的浓度低于2倍cmc值，以制备得到碳量子点；
[0017]通过控制表面活性剂溶液的浓度为2
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10倍cmc值，以制备得到球状材料；
[0018]通过控制表面活性剂溶液的浓度为10
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20倍cmc值，以制备得到棒状材料；
[0019]通过控制表面活性剂溶液的浓度高于20倍cmc值，以制备得到气凝胶材料。
[0020]在可选的实施方式中，还包括对热解之后的产物依次进行洗涤、过滤得到炭材料；对于过滤后得到的滤液经干燥之后得到耐高温盐能够进行重复利用。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种炭材料，其通过前述实施方式中任一项的方法制备而得。
[0022]第三方面，本专利技术提供前述实施方式中任一项的制备方法在制备炭量子点、炭吸附材料、催化剂载体或炭气凝胶中的应用。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：通过在高浓度的表面活性剂溶液加入包覆剂，在搅拌的条件下表面活性剂形成聚集体并被包覆剂包覆形成包覆物，将包覆物进行热解炭化得到炭化物，利用包覆剂的包覆使材料在炭化过程中不会出现集聚，得到均匀的炭材料。本专利技术为炭材料的制备提供新思路，节省了木材、煤炭和椰壳等资源，且可以通过控制表面活性剂溶液的浓度控制得到炭材料的形貌，实现了准确控制炭材料形貌的目的，具有非常好的应用前景。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
[0025]图1为实施例1中制备得到炭材料的SEM图；
[0026]图2为实施例4中制备得到炭材料的SEM图；
[0027]图3为实施例8中制备得到炭材料的实物图；
[0028]图4为实施例9中制备得到炭材料的实物图；
[0029]图5为对比例1中制备得到炭材料的SEM图；
[0030]图6为对比例2中制备得到非炭材料的实物图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0032]现有技术制备炭材料多采用活化剂活化后直接炭化，一般是采用木材、煤炭和椰壳等材料。本专利技术实施例创造性地采用表面活性剂(两亲分子)为原料，利用包覆剂在溶液中形成结晶包覆表面活性剂聚集体，可以制备得到不同形貌的炭材料。
[0033]本专利技术实施例提供一种炭材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034]S1、表面活性剂溶液的配置
[0035]表面活性剂溶液的浓度大于或等于0.8倍的临界胶束浓度，采用高浓度的表面活性剂溶液能够在搅拌条件下形成聚集体，进一步使包覆剂在聚集体上进行包覆形成包覆物。
[0036]在一些实施例中，表面活性剂溶液的浓度为0.9
‑
50倍的临界胶束浓度，优选为0.95
‑
20倍的临界胶束浓度。具体地，表面活性剂溶液的浓度可以为0.9倍、0.95倍、1.0倍、5倍、10倍、15倍、20倍的临界胶束浓度，也可以为以上相邻浓度值之间的任意值。
[0037]具体地，表面活性剂为可炭化的表面活性剂，有些在炭化后无法得到炭化物的原料不适合于本专利技术实施例所提供的制备方法。
[0038]在一些实施例中，表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二甲基甜菜碱、聚氧乙烯烷基酰醇胺和氨基丙酸衍生物中的至少一种。以上表面活性剂均适合于本专利技术实施例中所提供的制备方法，均能够得到炭化材料。
[0039]S2、包覆物的制备
[0040]在搅拌蒸发的条件下，将包覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种炭材料的制备方法，其特征在于，在搅拌蒸发的条件下，将包覆剂逐渐加入至表面活性剂溶液中，使包覆剂均匀包覆于表面活性剂聚集体上形成包覆物；将所述包覆物进行热解炭化；其中，所述表面活性剂溶液的浓度大于或等于0.8倍的临界胶束浓度。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将固态的所述包覆剂逐渐加入至所述表面活性剂溶液中，当体系中出现结晶时停止加入所述包覆剂，通过搅拌结晶使水分蒸干则得到所述包覆物；优选地，搅拌速率为200
‑
500r/min，更优选为250
‑
350r/min。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂溶液的浓度为0.9
‑
50倍的临界胶束浓度；优选为0.95
‑
20倍的临界胶束浓度。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二甲基甜菜碱、聚氧乙烯烷基酰醇胺和氨基丙酸衍生物中的至少一种；优选地，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述包覆剂选自耐高温无机盐或无机碱中的至少一种；优选地，所述包覆剂选自氯化钠、氯化钾、氯化锌、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海朝，陈奇，
申请(专利权)人：青海民族大学，
类型：发明
国别省市：