利用生物质催化热解所得生物油制备的碳材料及其方法技术

本发明专利技术提供了利用生物质催化热解所得生物油制备的碳材料及其方法，包括以下步骤：制备改性海藻炭：将海藻热解碳化得到海藻炭，将海藻炭与一种或多种化学活化剂混合，在高温下进行活化，收集并洗涤至中性、干燥处理后即得改性海藻炭；催化热解生物质制备生物油：用所述改性海藻炭异位催化快速热解生物质，收集热解过程中产生得生物油；干馏生物油：将收集到的所述生物油加入弱碱性试剂调节酸性，低温干馏处理分离出轻质生物油和重质组分；高温富氮热解碳化：将干馏分离得到的所述重质组分在富氮热解条件下慢速升温碳化制备得到氮掺杂的碳材料。该碳材料，具有非常优秀的比电容，可用于制备杂原子掺杂碳的电极材料，从而提高超级电容器的能量密度。电容器的能量密度。电容器的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
利用生物质催化热解所得生物油制备的碳材料及其方法


[0001]本专利技术属于生物质资源化利用领域，尤其涉及一种利用生物质催化热解所得生物油制备的碳材料及其方法。

技术介绍

[0002]生物质热解技术为生物质废弃物的无害化处理提供了广阔的前景，作为一种可再生可持续的燃烧和石化替代品，它可能有助于补偿化石燃料储备的消耗。然而现阶段却由于反应产物的低品质，如生物油含氧/酸量高、不凝气热值低等，该方法难以广泛应用于工业生产。目前，国内外许多研究者致力于提升热解反应产物能量品质工艺条件及方法的研究，其中催化热解被认为是最具有潜力的方法。由于催化热解产生的生物油富含大量含氧化合物，包括酸、酮、醛、酚、酯、糖和呋喃，从而导致其热稳定性较差，并具有较强的结焦倾向，易形成焦炭。在生物油催化提质过程中，产生的焦炭不仅会沉积在催化剂表面，使催化剂失活，影响提质过程的持续进行，降低生物油中有机组分的利用率；也会在管壁结焦，造成管道的阻塞损坏设备。显然，将生物油直接用于催化提质并不是最优的选择。此外，目前国内超级电容器面临着能量密度低的难题，急需对制备超级电容器的碳材料做出改进，提升碳材料赝电容特性，提高其能量密度。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种利用生物质催化热解所得生物油制备的碳材料及其方法，该方法利用改性海藻炭催化热解生物质所得生物油干馏分离重质组分制备碳材料，将海藻炭经过化学活化剂活化后作为催化剂催化热解生物质，将所得生物油低温干馏分离出轻质组分和易于结焦的重质组分，并进一步将重质组分进行高温富氮气氛下热解碳化制备高活性功能碳材料，具有优秀的比电容，可用于制备杂原子掺杂碳的电极材料，从而提高超级电容器的能量密度。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法，包含以下步骤：
[0006]制备改性海藻炭：将海藻热解碳化得到海藻炭，将海藻炭与一种或多种化学活化剂混合，在高温下进行活化，收集并洗涤至中性、干燥处理后即得改性海藻炭；
[0007]催化热解生物质制备生物油：用所述改性海藻炭异位催化快速热解生物质，收集热解过程中产生得生物油；
[0008]干馏生物油：将收集到的所述生物油加入弱碱性试剂调节酸性，低温干馏处理分离出轻质生物油和重质组分；
[0009]高温富氮热解碳化：将干馏分离得到的所述重质组分在富氮热解条件下慢速升温碳化制备得到氮掺杂的碳材料。
[0010]上述方案中，所述化学活化剂为NaOH、KOH、NaHCO3、KHCO3中的一种或多种的组合。
[0011]上述方案中，所述海藻热解碳化为在热解釜中慢速热解碳化，目标温度为450℃～
550℃，升温速率为5℃/min～10℃/min。
[0012]上述方案中，所述制备改性海藻炭方法为将海藻炭与化学活化剂以2：1混合研磨，加入适量去离子水，在磁力搅拌2h后干燥，在热解反应釜中慢速活化。
[0013]进一步的，所述活化的目标温度为700℃～900℃，升温速率为5℃/min～10℃/min，达到目标温度后保持1h。
[0014]上述方案中，所述催化热解生物质制备生物油具体为：将改性海藻炭和生物质在管式炉中异位快速催化热解，热解温度为450℃～550℃，反应30min～40min，萃取收集冷凝的生物油，萃取剂为无水甲醇或无水乙醇。
[0015]上述方案中，所述弱碱性试剂为KHCO3、NH4HCO3、NaHCO3或氨水。
[0016]上述方案中，所述干馏生物油的目标温度200℃～300℃，升温速率5℃/min～10℃/min，干馏30min。
[0017]上述方案中，所述富氮热解条件为：氨气浓度为10％
‑
50％，碳化温度为700℃～900℃，升温速度为5℃/min～10℃/min。
[0018]一种根据所述利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法制备的碳材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术创新性地采用生物油干馏制备适用于超级电容器的碳材料，基于生物油低温热解干馏既分离出了高品质的轻质油，又得到易于结焦的重质组分，轻质组分可进一步精细化加工，重质组分制备成氮掺杂碳材料加以利用，继而实现生物油的全组分利用，提高了生物油的利用率，减少了原料资源的浪费，也有效减少了提质过程中的生物油的结焦的情况。本专利技术采用改性海藻炭催化热解生物质制备生物油，海藻炭由于富含氮元素，对于生物油具有很好的自掺氮特性，对制备碳材料具有一定优势，同时向活性碳材料中引入氮原子，得到氮掺杂碳材料，为高活性功能碳材料，具有优秀的比电容，可用于制备杂原子掺杂碳的电极材料，从而提高超级电容器的能量密度。
附图说明
[0021]图1为本专利技术—实施方式的方法流程图。
[0022]图2为本专利技术—实施方式的碳材料进行表征处理，其电流与电势的关系曲线图。
[0023]图3为本专利技术—实施方式的碳材料进行表征处理，其电势与时间的关系曲线图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的和技术路线更加清晰完整，通过以下实施例对本专利技术进行进一步详细说明。以下描述的具体实施例仅限于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]如图1所示，所述利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法，包括如下步骤：
[0026]制备改性海藻炭：将海藻热解碳化得到海藻炭，将海藻炭与一种或多种化学活化剂混合，在高温下进行活化，收集并洗涤至中性、干燥处理后即得改性海藻炭；
[0027]催化热解生物质制备生物油：用所述改性海藻炭异位催化快速热解生物质，收集热解过程中产生得生物油；
[0028]干馏生物油：将收集到的所述生物油加入弱碱性试剂调节酸性，低温干馏处理分
离出轻质生物油和重质组分；
[0029]高温富氮热解碳化：将干馏分离得到的所述重质组分在富氮热解条件下慢速升温碳化制备得到氮掺杂的碳材料。
[0030]所述海藻为大型海藻，优选地，选用条浒苔；所述化学活化剂可选用NaOH、KOH、NaHCO3、KHCO3中的一种或多种的组合，优选地，选用KOH。
[0031]所述海藻热解碳化在热解釜中进行，目标温度450℃～550℃，升温速率5℃/min～10℃/min。优选地，在500℃，5℃/min下热解碳化海藻。
[0032]所述活化过程海藻炭与活化剂2：1混合研磨，加入适量去离子水，磁力搅拌2h，干燥后收集，在热解釜中慢速热解活化。目标温度700℃～900℃，升温速率5℃/min～10℃/min，到达目标温度后保持1h。收集得到的改性海藻炭，加入适量去离子水，将混合物洗涤至中性，干燥后收集。优选地，在800℃下将改性海藻炭活化。
[0033]所述催化热解生物质制备生物油在管式炉中改性海藻炭与生物质异位快速热解，热解温度450℃～550℃，热解30min～40min，萃取收集冷凝的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法，其特征在于，包含以下步骤：制备改性海藻炭：将海藻热解碳化得到海藻炭，将海藻炭与一种或多种化学活化剂混合，在高温下进行活化，收集并洗涤至中性、干燥处理后即得改性海藻炭；催化热解生物质制备生物油：用所述改性海藻炭异位催化快速热解生物质，收集热解过程中产生得生物油；干馏生物油：将收集到的所述生物油加入弱碱性试剂调节酸性，低温干馏处理分离出轻质生物油和重质组分；高温富氮热解碳化：将干馏分离得到的所述重质组分在富氮热解条件下慢速升温碳化制备得到氮掺杂的碳材料。2.根据权利要求1所述的利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法，其特征在于，所述化学活化剂为NaOH、KOH、NaHCO3、KHCO3中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法，其特征在于，所述海藻热解碳化为在热解釜中慢速热解碳化，目标温度为450℃～550℃，升温速率为5℃/min～10℃/min。4.根据权利要求1所述的利用生物质催化热解所得生物油制备碳材料的方法，其特征在于，所述制备改性海藻炭方法为将海藻炭与化学活化剂以2：1混合研磨，加入去离子水，在磁力搅拌2h后干燥，在热解反应釜中慢速活化。5.根据权利要求4所述的利用生...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑诣杰，王爽，袁川，曹斌，陈豪，陈彦韫，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：