[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)炭材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710157984.8
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN106829923A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 代斌;祁佩榮;王超;于鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 石河子大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/15
• 分類號(hào): C01B32/15
• 代理公司: 北京鼎佳達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11348
• 代理人: 王偉鋒,劉鐵生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于炭材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)炭材料及制備方法。

背景技術(shù)

納米炭材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的結(jié)構(gòu)型炭材料，主要包含富勒烯、納米炭管、石墨烯和納米介孔炭等。納米炭材料具有穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、比表面積高和來源豐富等特點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦图{米材料，現(xiàn)已應(yīng)用于復(fù)合材料、超級(jí)電容器、貯氫材料、催化劑等能源化工領(lǐng)域，甚至成為高新領(lǐng)域中無法替代的材料。國家《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》確定重點(diǎn)發(fā)展新型功能材料、先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料及高性能復(fù)合材料等，近年來納米炭材料研究的迅猛發(fā)展也為其在化工催化材料領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供了平臺(tái)。未來最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品是儲(chǔ)能儲(chǔ)氫器件、新型復(fù)合材料和催化劑。

傳統(tǒng)的炭材料由煤、石油等為主要原料通過加工處理制備，但如今全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)以及生態(tài)環(huán)境的惡化，使傳統(tǒng)炭材料的進(jìn)一步發(fā)展受到了限制，開發(fā)可再生資源并將其轉(zhuǎn)化為能源與各種材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。生物質(zhì)炭材料是利用生物質(zhì)為原料制備的各種炭材料。生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能，就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的炭源。以生物質(zhì)為原料制備炭材料，能夠降低炭材料的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)炭材料的可持續(xù)發(fā)展。

近年來，很多科學(xué)家都在致力于新型生物質(zhì)類納米炭材料的制備及潛在應(yīng)用的研究。如用利用棉稈、甘蔗渣、稻殼、茶葉渣、棗核、柚子皮、椰子殼等農(nóng)作物廢棄物為原料制備炭基材料，但是上述方法工藝繁瑣，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)出的納米炭材料可塑性差，易團(tuán)聚比表面積較低。

有鑒于此，有必要提出一種新的生物質(zhì)炭材料及制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)炭材料的制備方法，該方法工藝簡單，提高了產(chǎn)品的性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種生物質(zhì)炭材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備炭源混合液：將生物質(zhì)炭源加入到去離子水中，攪拌均勻，得到炭源混合液；所述生物質(zhì)炭源為葡萄糖、果糖、淀粉、農(nóng)作物秸稈和果皮中的一種；

(2)制備燃燒液：向炭源混合液中加入燃燒劑、氧化劑和發(fā)泡劑，攪拌均勻，得燃燒液；所述燃燒劑為檸檬酸、甘氨酸和尿素中的一種，所述氧化劑為硝酸溶液、硫酸溶液、高錳酸鉀和次氯酸鈉中的一種，所述發(fā)泡劑為過氧化氫溶液、氟化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉中的一種；

(3)將燃燒液在150-450℃的溫度下煅燒10-90分鐘，再升溫至500-800℃，煅燒10-300分鐘，自然冷卻至室溫，得到初期炭材料；

(4)洗滌初期炭材料：先用去離子水洗滌初期炭材料，再用無水乙醇洗滌初期炭材料，得到洗滌后的初期炭材料；

(5)干燥洗滌后的初期炭材料，得到所述的生物質(zhì)炭材料。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中，生物質(zhì)炭源與炭源混合液的質(zhì)量比為2-5：10。

進(jìn)一步的，所述農(nóng)作物秸稈和果皮自然晾干后，再粉碎過100-120目篩。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，生物質(zhì)炭源與燃燒劑的質(zhì)量比為1：0.01-0.5；

所述生物質(zhì)炭源與高錳酸鉀或次氯酸鈉的質(zhì)量比為1:0.001-0.5；

所述炭源混合液與硝酸溶液或硫酸溶液的體積比為1:0.01-0.5；

所述生物質(zhì)炭源與氟化鈉或碳酸鈉或碳酸氫鈉的質(zhì)量比為1:0.001-0.5；

所述炭源混合液與過氧化氫溶液的體積比為1:0.01-0.5。

再進(jìn)一步的，所述硝酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％-65％，所述過氧化氫溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-40％，所述硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-98％。

進(jìn)一步的，所述步驟(4)還包括：用去離子水洗滌初期炭材料3-4次之后，再用丙酮洗滌初期炭1-2次材料，之后再用無水乙醇洗滌初期炭材料3-4次。

進(jìn)一步的，所述步驟(5)中，干燥的溫度為50-80℃，干燥時(shí)間為10-15小時(shí)。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于提供一種生物質(zhì)炭材料，該生物質(zhì)炭材料由上述方法制備得到，其具有良好的微觀結(jié)構(gòu)和比表面積等優(yōu)點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明所述的制備方法工藝簡單，制備周期短，可重復(fù)性好。