【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米结构多孔炭材料；尤其涉及一种蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、自21世纪以来，能源危机与环境问题已成为人类必须面对的两大严峻挑战，深入推动能源革命，促进绿色低碳发展已成为当下重要的时代命题。在这样的大背景下，以风能、太阳能等为代表的可再生清洁能源受到了广泛关注，并在近几十年得到了长足发展，但是，它们具有间歇性、波动性等特点，造成供给与需求的时间不匹配，发电高峰时电能大量浪费，发电低谷时供给不足，因此需要配备合适的能量贮存装置进行平抑，得到持续稳定的电能输出。超级电容器、锂/钠电池等新型储能器件迎来了极佳的发展机遇。
2、超级电容器根据其储能机理不同可以分为：赝电容器、双电层电容器和混合电容器三种；其中双电层电容器具有长循环寿命和高功率密度等优点，在众多领域被广泛应用。电极材料是影响超级电容器性能的主要因素，多孔炭由于其质轻、比表面积大、导电性好、孔结构可控和化学稳定性优良等特点，在超级电容器电极材料方面有着非常广泛的应用前景。此外，研究发现在多孔炭材料中引入n、o、p、s等非金属杂原子不仅可以改善炭材料的润湿性和导电性，而且还可以提供丰富的活性位点和额外的赝电容，从而显著增强炭材料的电化学性能。
3、生物质炭材料被认为是双电层电容器(edlc)电极材料的重要候选材料。生物质炭作为地球上储量最丰富的可再生资源之一，具有储量丰富、自然结构独特、成本低廉、无毒、环保等优点。碳元素的丰富性、可调控的孔隙结构、高比表面积和非金属元素的多样性(如n、s、p和o等)使这些生物质基电
4、生物质多孔炭可以通过对生物质原料简单的炭化和活化的方法制备获得。生物质多孔炭材料的高的比表面积和分级孔道结构对于超级电容器充放电过程中的离子迁移扩散有巨大帮助。微孔、介孔和大孔等分级孔道结构可由活化等处理方法获得，当生物质多孔炭材料作为超级电容器电极材料时，大孔可以存储电解液，介孔可以为电解液离子的快速传输提供便利的通道，有效地减少了扩散电阻，获得性能优异的电化学性能。此外，生物质多孔炭在自身炭化过程中，便可实现非金属杂原子(如n、s、p和o等)的掺杂，杂原子的引入，一方面可以有效改善炭材料的润湿性和导电性，另一方面还可以提供更多的活性位点和额外的赝电容，从而显著增强电化学性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法及应用。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1，将蒜苔置于烘箱中烘干，得到干燥的蒜苔；
5、步骤2，将蒜苔置于粉碎机中粉碎至粉末状，粉末呈现黄绿色；
6、步骤3，将蒜苔粉末置于管式炉中在惰性气体保护下进行预炭化(管式炉型号:gsl-1100x·s，生产厂家：萨摩亚麦思科技有限公司)处理，待其冷却至室温后，得到产物a；
7、步骤4，将产物a与活化剂/掺杂剂混合，室温搅拌0.5-10h，使得产物a可以与活化剂或掺杂剂充分接触；然后在烘箱中烘干，得到预炭化蒜苔与活化剂/掺杂剂剂的混合物b；其中，产物a与活化剂/掺杂剂的用量比为0.5:10-10:0.5。
8、步骤5，将混合物b置于管式炉中在惰性气体保护下进行高温炭化(管式炉型号:gsl-1100x·s，生产厂家：萨摩亚麦思科技有限公司)，待其冷却至室温后，得到产物c；
9、步骤6，将产物c置于盐酸溶液中进行酸洗，通过去离子水进行抽滤洗涤，干燥，得到蒜苔衍生的多孔炭材料。
10、优选地，步骤1中，所述烘干的温度为70-120℃，烘干的时间为20-40h。
11、优选地，步骤2中，所述粉碎的时间为1-10min，粉碎的次数为3-10次，所述蒜苔粉过200目筛得到。
12、优选地，步骤3中，所述预炭化的温度300-500℃，升降温速率为5℃/min，预炭化的时间1-3h，所述惰性气体为氩气或氮气。
13、优选地，步骤4中，所述活化剂为强碱、碱金属化合物或路易斯酸类；包括但不限于：氢氧化钾、氢氧化钠等强碱，碳酸钠、碳酸钾等碱金属化合物以及氯化铝、氯化锌、磷酸等路易斯酸类。
14、优选地，步骤4中，所述掺杂剂为硫脲、尿素、三聚氰胺、壳聚糖、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、半胱胺、硫代卡巴肼、硫化铵、硫代氨基氮、蛋氨酸、硫氰酸铵、亚甲基蓝、l-半胱氨酸、聚氨酯、硫酸三聚氰胺、碘胺中的一种或多种混合。
15、优选地，步骤5中，所述炭化的温度为700-900℃，升降温速率为5℃/min，炭化时间1-3h，所述惰性气体为氩气或氮气。
16、优选地，步骤6中，酸洗的类型为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸中的一种，酸的浓度为0.5-3m，酸洗时间为2-12h。以去离子水为洗涤剂，使用循环水真空过滤装置抽滤洗涤4-7次；所述烘干的温度为70-110℃，干燥的时间为4-12h。
17、本专利技术还涉及一种蒜苔衍生的多孔炭材料的应用，该蒜苔衍生的多孔炭材料在超级电容器电极材料、二氧化碳固体吸附剂材料、锌离子电池负极材料中的应用。
18、优选地，所述在超级电容器电极材料中的应用，其中，工作电极的制备方法如下：将蒜苔衍生的多孔炭、乙炔黑和60wt％聚四氟乙烯乳液按照8：1：1的质量比，分散于乙醇溶液中(去离子水与无水乙醇体积比为1：1)，用研钵研磨形成均匀浆料，将浆料均匀涂覆于泡沫镍表面，在80-110℃下，干燥3-10h，将干燥后的极片在手动油压机上进行压片(压力范围为3-8mpa，压片时间3-6min)后得到电极片；在三电极体系中进行测试，制备得到的电极片为工作电极、箔片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，以6m koh为电解液。
19、本专利技术具有以下优点：
20、(1)本专利技术以生物质蒜苔为原料，其含有大量的碳及其它非金属杂原子，热解后可得到杂原子掺杂的多孔炭，不仅能改善炭材料的导电性和润湿性，而且能提供更多的活性位点和贡献额外的赝电容，从而显著增强电化学性能；本专利技术采用氢氧化钾活化剂能高效地活化蒜苔衍生炭，使其在高温炭化-活化下形成含有发达孔道结构的衍生碳，从而为电解液离子提供更多的活性位点和便利的扩散通道，进一步改善电化学性能。
21、(2)本专利技术与模板法等其他制备方法相比，本专利技术方法工艺简单，对设备要求低，简单易操作，原料来源广泛，可再生且环境友好，成本低廉，适合大规模生产。
22、(3)本专利技术方法制备得到的蒜苔衍生炭孔结构发达、比表面积大、比电容高，具有优异的电化学性能，蒜苔衍生的多孔炭材料可作为超级电容器电极材料应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述烘干的温度为70-120℃，烘干的时间为20-40h。
3.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述粉碎的时间为1-10min，次数为3-10次，所述蒜苔粉过200目筛得到。
4.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述预炭化的温度300-500℃，升降温速率为5℃/min，预炭化的时间1-3h，所述惰性气体为氩气或氮气。
5.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述活化剂/掺杂剂中的活化剂为强碱、碱金属化合物或路易斯酸类。
6.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述活化剂/掺杂剂中的掺杂剂为硫脲、尿素、三聚氰胺、壳聚糖、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、半胱胺、硫代卡巴肼、硫化铵、硫代氨基氮、蛋氨酸、硫氰酸铵、亚甲基蓝、L-半胱氨酸
7.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述炭化的温度为700-900℃，升降温速率为5℃/min，炭化时间1-3h，所述惰性气体为氩气或氮气。
8.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤6中，所述酸洗的酸洗类型为盐酸、硫酸、硝酸中的一种，酸的浓度为0.5～3M。
9.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤6中，所述洗涤的具体方法为：以去离子水为洗涤剂，使用循环水真空过滤装置抽滤洗涤4-7遍；所述烘干的温度为70-110℃，干燥的时间为4-12h。
10.一种蒜苔衍生的多孔炭材料的应用，其特征在于，蒜苔衍生的多孔炭材料在超级电容器电极材料、二氧化碳固体吸附剂材料、锌离子电池负极材料中的应用。
11.如权利要求10所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的应用，其特征在于，所述在超级电容器电极材料中的应用，其中，工作电极的制备方法如下：将蒜苔衍生的多孔炭、乙炔黑和60wt％聚四氟乙烯乳液按照8：1：1的质量比，分散于乙醇溶液中，用研钵研磨形成均匀浆料，将浆料均匀涂覆于泡沫镍表面，在80-110℃下，干燥3-10h，将干燥后的极片在手动油压机上进行压片后得到电极片；在三电极体系中进行测试，制备得到的电极片为工作电极、箔片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，以6M KOH为电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述烘干的温度为70-120℃，烘干的时间为20-40h。
3.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述粉碎的时间为1-10min，次数为3-10次，所述蒜苔粉过200目筛得到。
4.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述预炭化的温度300-500℃，升降温速率为5℃/min，预炭化的时间1-3h，所述惰性气体为氩气或氮气。
5.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述活化剂/掺杂剂中的活化剂为强碱、碱金属化合物或路易斯酸类。
6.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述活化剂/掺杂剂中的掺杂剂为硫脲、尿素、三聚氰胺、壳聚糖、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、半胱胺、硫代卡巴肼、硫化铵、硫代氨基氮、蛋氨酸、硫氰酸铵、亚甲基蓝、l-半胱氨酸、聚氨酯、硫酸三聚氰胺、碘胺中的一种或多种混合。
7.如权利要求1所述的蒜苔衍生的多孔炭材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳芳，张鹏飞，牛继南，冯培忠，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。