农林生物质制备多孔碳的方法技术

本发明专利技术提供了农林生物质制备多孔碳的方法。本发明专利技术农林生物质制备多孔碳的方法，先将农林生物质原料与碱溶液混合后浸泡，得到木质素的碱溶液，然后烘干所述木质素的碱溶液后，将产物进行烧结，之后向前步骤得到的产物在酸溶液中进行浸泡处理，最后清洗、干燥步骤产物，即得多孔碳。本发明专利技术的方法，原料为农林生物质，充分利用了生物质资源，属于绿色清洁技术。属于绿色清洁技术。属于绿色清洁技术。

【技术实现步骤摘要】
农林生物质制备多孔碳的方法


[0001]本专利技术属于生物质资源利用
，具体涉及农林生物质制备多孔碳的方法。

技术介绍

[0002]生物质多孔碳是以自然界中存在的有机物(如木材、粪肥或叶子等生物质)作为前驱体，在有限的氧气供应以及相对较低的温度条件下，热裂解后得到的产物。这种材料由于制备来源在自然环境中属于可再生资源，并且来源广泛、多样且丰富，因此能够满足绿色经济化学的要求。与其他碳素产品相比，生物质衍生的碳材料可以由生物质一步制备，最终产物还能包含生物质前驱体含有的其他微量元素，因此越来越多的研发集中于生物质碳材料的制备和实际应用。
[0003]目前生物质制备多孔碳的方法主要有模板法、热解活化法、水热炭化法、熔融盐碳化法、喷雾热解法和化学气相沉积法等，虽然生物质多孔碳的前驱体具有来源广泛、物种丰富、制备成本低、可循环再生、多样化以及含有丰富的天然结构等优点，然而，现有的生物质多孔碳比表面积不够理想。
[0004]因此，仍需开发一种新的农林生物质制备多孔碳的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种农林生物质制备多孔碳的方法，该方法制备的多孔碳，比表面积大于2600m2·
g
‑1。
[0006]本专利技术还提供了一种多孔碳。
[0007]本专利技术的第一方面提供了农林生物质制备多孔碳的方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将农林生物质原料与碱溶液混合后浸泡，得到木质素的碱溶液；
[0009]S2：烘干所述木质素的碱溶液后，将产物进行烧结；
[0010]S3：向步骤S2得到的产物在酸溶液中进行浸泡处理；
[0011]S4：清洗、干燥步骤S3的产物，即得多孔碳。
[0012]本专利技术关于农林生物质制备多孔碳的方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0013]本专利技术农林生物质制备多孔碳的方法，先将农林生物质原料与碱溶液混合后浸泡，得到木质素的碱溶液，然后烘干所述木质素的碱溶液后，将产物进行烧结，之后向前步骤得到的产物在酸溶液中进行浸泡处理，最后清洗、干燥步骤产物，即得多孔碳。本专利技术的方法，原料为农林生物质，充分利用了生物质资源，属于绿色清洁技术。
[0014]本专利技术农林生物质制备多孔碳的方法，操作简单，无需昂贵的设备和复杂的工艺过程控制即可实现，原料来源广泛，适合进行大规模推广。
[0015]生物质只要由纤维素、半纤维素和木质素组成，经高温碳化后的生物质碳活化机制主要为：首先，生物碳作为还原剂与活化剂碱溶液和生成的盐之间发生氧化还原反应蚀刻碳骨架，形成多孔网络结构，成为化学活化过程，其次，反应中产生的水和二氧化碳等从
碳骨架内部向外扩散过程会进一步促进孔隙的产生，成为物理活化过程。同时，产生的金属插层至碳晶格中，能够促进碳晶格产生缺陷和膨胀，形成更多的孔隙，从而形成多孔结构。
[0016]农林生物质，指来自农业和林业的生物质。在各种可再生能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等存在区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。通常，生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。农林生物质的特点是具有可再生性，低污染性，广泛分布性。
[0017]生物质包括植物、动物和微生物。广义上，生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义上，生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，所述农林生物质原料包括秸秆、白茅草、玉米芯、花生壳和甘蔗渣中的至少一种。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述碱溶液包括NaOH溶液和KOH溶液中的至少一种。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述碱溶液为KOH溶液。
[0021]生物质只要由纤维素、半纤维素和木质素组成，经高温碳化后的生物质碳活化机制主要为：首先，生物碳作为还原剂与活化剂KOH溶液和生成的钾盐之间发生氧化还原反应蚀刻碳骨架，形成多孔网络结构，称为化学活化过程，如反应式(1)、(2)和(4)。其次，反应中产生的水和二氧化碳等从碳骨架内部向外扩散过程会进一步促进孔隙的产生，称为物理活化过程，如反应式(3)、(5)至(8)所示。同时，产生的金属K插层至碳晶格中，能够促进碳晶格产生缺陷和膨胀，形成更多的孔隙，从而形成多孔结构，如反应式(1)、(2)和(4)。
[0022]6KOH+2C
→
2K+3H2+2K2CO3(1)，
[0023]K2CO3+2C
→
2K+3CO(2)，
[0024]K2CO3→
K2O+CO2(3)，
[0025]C+K2O
→
2K+CO(4)，
[0026]2KOH
→
K2O+H2O(5)，
[0027]CO+H2O
→
CO2+H2(6)，
[0028]C+H2O
→
CO+H2(7)，
[0029]CO2+C
→
2CO(8)。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述碱溶液的质量浓度为10％～30％。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述碱溶液的质量浓度为20％～30％。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述碱溶液的质量浓度为20％。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，每升所述碱溶液中加入的所述农林生物质原料为15g～25g。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，每升所述碱溶液中加入的所述农林生物质原料为20g～25g。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，每升所述碱溶液中加入的所述农林生物质原料为20g。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，浸泡的时间为1h～3h。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，浸泡的时间为2h～3h。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，浸泡的时间为2h。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中，浸泡的温度为室温。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述烘干的温度为30℃～50℃。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中，所述烘干的温度为40℃～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.农林生物质制备多孔碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将农林生物质原料与碱溶液混合后浸泡，得到木质素的碱溶液；S2：烘干所述木质素的碱溶液后，将产物进行烧结；S3：向步骤S2得到的产物在酸溶液中进行浸泡处理；S4：清洗、干燥步骤S3的产物，即得多孔碳。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农林生物质原料包括秸秆、白茅草、玉米芯、花生壳和甘蔗渣中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱溶液包括NaOH溶液和KOH溶液中的至少一种。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碱溶液的质量浓度为10％～30％。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈香萌，彭万喜，吴凤娟，李华振，周盼丽，王竞侦，马倩，李官燕，余晴，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：