水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法技术

本发明专利技术属于先进材料技术领域，涉及电极材料的制备，涉及水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法。包括如下步骤：提供生物质碳化样品；将生物质碳化样品与活化剂添加至水中混合均匀，再进行水力空化处理，然后烘干获得烘干样品；将烘干样品进行活化热处理获得活化样品；将活化样品进行纯化处理即得。本发明专利技术提供的方法不仅经济环保、简单易行，而且获得的二维生物质碳材料作为超级电容器的电极材料具有更优的性能。极材料具有更优的性能。极材料具有更优的性能。

【技术实现步骤摘要】
水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法


[0001]本专利技术属于先进材料
，涉及电极材料的制备，涉及水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]二维层状材料剥离形成的纳米片层不仅可为电化学反应提供独特的纳米级反应空间，而且由其组装的层状纳米电极材料具有化学和结构上的氧化还原可逆性及纳米片层水平方向上离子或电子快速传输通道。目前，对木块、坚果壳、煤块等富碳材料直接活化是得到活性炭材料的主要技术，但存在制备过程周期长、工艺复杂、对环境不友好、性能较差等系列问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，该方法不仅经济环保、简单易行，而且获得的二维生物质碳材料作为超级电容器的电极材料具有更优的性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一方面，一种水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，包括如下步骤：
[0007]提供生物质碳化样品；
[0008]将生物质碳化样品与活化剂添加至水中混合均匀，再进行水力空化处理，然后烘干获得烘干样品；
[0009]将烘干样品进行活化热处理获得活化样品；
[0010]将活化样品进行纯化处理即得。
[0011]另一方面，一种二维生物质碳材料，由上述方法制备获得。
[0012]第三方面，一种上述二维生物质碳材料作为电极材料在超级电容器中的应用。
[0013]本专利技术的有益效果为：
[0014]本专利技术在浸渍同种活化剂的情况下，水力空化辅助浸渍活化剂能极大地提高生物质炭材料的比表面积，从而达到对生物炭改性的目的。水力空化技术可在瞬时释放出巨大能量，该能量表现为最高可达5000K的局部热点；1000bar的高压，伴随着威力巨大的冲击波和高速微射流(150m/s)。高速微射流产生的冲击力可以贯穿生物炭，形成通孔；此外，在上述极端条件下，水分子可被水解，生成的羟自由基、过羟自由基与过氧化氢等强氧化性物质与碳分子反应；5000K的局部高温可促使部分水分子与生物炭反应，同时促使活化剂蒸汽进入活性炭内部微通道结构，通过活化热处理能够进一步形成大小均匀、分布均匀的微孔和
介孔，使得更多的活性位点得以暴露，提高比表面积；采用水力空化技术可使生物质多孔炭内的杂质能够被进一步清除，从而增加多孔炭材料的电导率。
[0015]经过实验表明，经过水力空化辅助浸渍活化剂制备的二维生物质碳材料的比表面积和微孔体积均有上升，同时作为电极材料制备的超级电容器的比电容具有显著提高，较未处理样本提升量可达911.952％。
[0016]本专利技术采用水力空化处理具有成本低、处理量大、易于放大等优势，应用水力空化技术辅助浸渍活化剂制备碳材料的方法能够实现大批量工业化生产，节约成本，提高产量的同时进一步提升了经济效益。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]图1为本专利技术实施例的工艺流程图；
[0019]图2为本专利技术实施例1、2中水力空化辅助浸渍活化剂制得二维结构碳材料的TEM照片，(a)为实施例1，(b)为实施例2；
[0020]图3为本专利技术实施例和对比例的水力空化辅助浸渍活化剂制得二维结构碳材料的N2脱吸附曲线图，(a)为吸附量曲线，(b)为微分容积曲线；
[0021]图4为本专利技术实施例和对比例的水力空化辅助浸渍活化剂制得二维结构碳材料的XPS结果，(a)为XPS全谱扫描图，(b)为KOH(1：4)样品的C1s光谱，(c)为KOH(1：4)+HC样品的C1s光谱，(d)为KOH(1：8)样品的C1s光谱，(e)为KOH(1：8)+HC样品的C1s光谱，(f)为KOH(1：4)样品的O1s光谱，(g)为KOH(1：4)+HC样品的O1s光谱，(h)为KOH(1：8)样品的O1s光谱，(i)为KOH(1：8)+HC样品的O1s光谱
[0022]图5为本专利技术实施例和对比例水力空化辅助浸渍活化剂制得二维结构碳材料制成的超级电容器在电流密度为1A g
‑1时的GCD曲线；
[0023]图6为本专利技术实施例和对比例水力空化辅助浸渍活化剂制得二维结构碳材料制成的超级电容器的5000次充放电电容保持率图。
具体实施方式
[0024]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]水力空化是指空化泡溃灭形成的强大冲击波和高速微射流，可以在液体中形成强烈的扰动和巨大的剪切力作用，同时对物面形成冲击。空化泡溃灭形成的高温高压环境，以及由此导致的高分子分解、化学键断裂和自由基生成。
[0027]鉴于现有制备用于超级电容器的碳电极材料存在制备过程周期长、工艺复杂、对
环境不友好、性能较差等系列问题，本专利技术提出了水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法。
[0028]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，包括如下步骤：
[0029]提供生物质碳化样品；
[0030]将生物质碳化样品与活化剂添加至水中混合均匀，再进行水力空化处理，然后烘干获得烘干样品；
[0031]将烘干样品进行活化热处理获得活化样品；
[0032]将活化样品进行纯化处理即得。
[0033]本专利技术通过水力空化处理不仅能够在生物炭中形成通孔，而且形成的局部热点能够促使活化剂蒸汽进入活性炭内部微通道结构，在通过活化热处理能够进一步形成大小均匀、分布均匀的微孔和介孔，使得更多的活性位点得以暴露，提高比表面积。
[0034]研究表明，本专利技术的方法制备的二维生物质碳材料不仅具体较高的比表面积和微孔体积，而且作为电极材料制备的超级电容器具有更为显著的比电容。
[0035]在一些实施例中，生物质碳化样品与活化剂的质量比为1：2～10。研究表明，生物质碳化样品与活化剂的质量比为1:7～9时，获得二维生物质碳材料制备的超级电容器的比电容更高，放电时间更长。
[0036]在一些实施例中，所述活化剂包括但不限于氢氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，其特征是，包括如下步骤：提供生物质碳化样品；将生物质碳化样品与活化剂添加至水中混合均匀，再进行水力空化处理，然后烘干获得烘干样品；将烘干样品进行活化热处理获得活化样品；将活化样品进行纯化处理即得。2.如权利要求1所述的水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，其特征是，生物质碳化样品与活化剂的质量比为1：2～10；优选地，生物质碳化样品与活化剂的质量比为1:7～9。3.如权利要求1所述的水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，其特征是，所述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠或盐酸。4.如权利要求1所述的水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，其特征是，水力空化处理采用文丘里式水力空化设备；优选地，水力空化处理条件为：文丘里管进口压力为0.5～4MPa，处理温度为30～70℃，处理时长为10～120min。5.如权利要求1所述的水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，其特征是，活化热处理在惰性气氛下进行，其过程为：先升温至50～400℃，保温0.1～3h，再继续升温至设定温度600～900℃，保温1～3h。6.如权利要求1所述的水力空化辅助浸渍活化剂制备二维生物质碳材料的方法，其特征是，生物质碳化样品由生物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙逊，玄晓旭，王梦洁，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：