[發(fā)明專利]一種氮摻雜淀粉基活性炭微球材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610564590.X
• 申請(qǐng)日: 2016-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105948045B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉恩輝;王洛;楊锃;蔣海霞;周楊帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/348
• 分類號(hào): C01B32/348;H01G11/34
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙)43108
• 代理人: 冷玉萍

1.一種氮摻雜淀粉基活性炭微球材料的制備方法，其特征在于，以淀粉為碳源、以含氮化合物為氮源，經(jīng)過(guò)糊化、水熱、碳化與活化制備出氮摻雜淀粉基活性炭微球材料；所制備的炭微球直徑為0.5～10μm、粒徑可控、分散性好，比表面積為1000～3000m²/g，含氮量為0.2％～15％；制備方法包括如下步驟中的幾步或全部：

(1)糊化：將水與淀粉原料以0.5～20的液/固質(zhì)量比加入到反應(yīng)器中于50～100℃的溫度下回流攪拌2～24h之后冷卻到室溫，制備出膠狀體中間產(chǎn)品；

或者，將水與淀粉原料以0.5～20的液/固質(zhì)量比加入到反應(yīng)器中、再按淀粉質(zhì)量的3～50％加入氮源，于50～100℃的溫度下回流攪拌2～24h之后冷卻到室溫，制備出含氮膠狀體中間產(chǎn)品；

(2)水熱：將步驟(1)所制備的膠狀體中間產(chǎn)品、或者含氮膠狀體中間產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到高壓水熱反應(yīng)釜中，其體積填充率為0.2～0.9，在150～300℃下水熱處理2～36h之后冷卻到室溫，用去離子水將樣品洗滌至中性，然后將所得固體物在80～120℃下干燥至恒重，分別制備出水熱碳焦、或者含氮水熱碳焦；

或者，向步驟(1)所制備的膠狀體中間產(chǎn)品中按淀粉質(zhì)量的3～50％加入氮源、再將其轉(zhuǎn)移至高壓水熱反應(yīng)釜中，其體積填充率為0.2～0.9，在溫度為150～300℃下水熱處理2～36h之后冷卻到室溫，用去離子水將樣品洗滌至中性，然后在80～120℃下干燥至恒重，制備出含氮水熱碳焦；

(3)將活化劑配成濃度為0.2～6.0mol/L的溶液，再將步驟(2)所制得的水熱碳焦、或者含氮水熱碳焦置于活化劑溶液中，水熱碳焦與活化劑的質(zhì)量比為0.5～5，然后在室溫下攪拌1～12h，再將其在50～150℃下烘干、研磨，分別得到水熱碳焦、或者含氮水熱碳焦與活化劑的均勻混合物，再分別將混合物置于高溫爐中惰性氣氛下500～1300℃碳化活化處理0.5～10h后隨爐冷卻到室溫，取出樣品后分別采用酸溶液和去離子水將樣品洗滌至中性，最后將固體物置于干燥箱中80～120℃干燥至恒重，分別制備出淀粉基活性炭微球、或者氮摻雜淀粉基活性炭微球材料；

或者，將步驟(2)制備的水熱碳焦與氮源按1～10:1、與活化劑按0.5～5的質(zhì)量比計(jì)量，并與水混合，控制液/固質(zhì)量比為0.5～20，在室溫下攪拌1～12h，然后將其在50～120℃下烘干、研磨得到含氮及含活化劑的水熱碳焦均勻混合物；

或者，將步驟(3)制備的淀粉基活性炭微球與氮源按1～10:1的質(zhì)量比計(jì)量，并與水混合，控制液/固質(zhì)量比為0.5～20，在室溫下攪拌1～12h，然后將其在50～120℃下烘干、研磨得到含氮的淀粉基活性炭微球均勻混合物；

分別將上述含氮及含活化劑的水熱碳焦均勻混合物、或者含氮的淀粉基活性炭微球均勻混合物置于高溫爐中惰性氣氛下500～1300℃處理0.5～12h后隨爐冷卻到室溫，取出樣品后分別采用酸溶液和去離子水將樣品洗滌至中性，然后將所得固體物置于干燥箱中80～120℃干燥至恒重，制備出氮摻雜淀粉基活性炭微球材料；

所述的淀粉為紅薯淀粉、綠豆淀粉、土豆淀粉中的一種或者兩種以上；

所述的氮源為尿素、硫脲、乙二胺、烏諾托品、二氰二胺、苯胺、聚苯胺、吡咯、聚吡咯、聚丙烯腈、g-C₃N₄中的一種或者兩種以上；

所述的活化劑為水溶性的碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽中的一種或兩種以上的混合物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜淀粉基活性炭微球材料的制備方法，其特征在于，所述的惰性氣氛是指氮?dú)狻鍤狻⒍趸細(xì)庵械囊环N或兩種以上的混合物，其中單一氣體的純度大于等于99.9％，混合氣體的流量為5～500ml/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜淀粉基活性炭微球材料的制備方法，其特征在于，所述的酸溶液為硫酸、磷酸、硝酸、醋酸、檸檬酸、甲酸中的一種或兩種以上，酸溶液的濃度為0.1～5mol/L。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜淀粉基活性炭微球材料的制備方法，其特征在于，所述的水熱高壓反應(yīng)釜其內(nèi)膽為聚四氟乙烯材質(zhì)、外殼為不銹鋼材質(zhì)；所述的高溫爐是指管式爐、坩堝爐、還原爐、真空爐中的任意一種，并可采用任意加熱方式。

5.權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的制備方法得到的氮摻雜淀粉基活性炭微球材料在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用。