[發明專利]一種綠色活化劑在制備多孔炭材料中的應用

有效

• 申請號: 201711104492.9
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107934958B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 程虎;卞永榮;宋洋;紀榮婷;王芳;蔣新
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

一種綠色活化劑在制備多孔炭材料中的應用，將農業廢棄物作為炭前軀體，250℃水熱處理4小時，過濾得到棕色固體殘渣；將棕色固體殘渣與甲酸鉀按質量比1:4溶解于超純水中，70℃加熱攪拌4h，120℃烘干；取出樣品，瑪瑙研缽將其粉碎，在管式馬弗爐中氮氣保護下600?850℃高溫碳化、活化1?4個小時，冷卻后得到黑色固體殘渣；用0?80℃ 10% V/V鹽酸清洗，然后用去離子水清洗，抽濾，烘干得多孔炭材料。相比于傳統的活化劑，本發明的活化劑廉價，無毒，無腐蝕，環境友好，滿足可持續發展戰略的需求，對生產儀器設備要求簡單，生成的炭材料存在一定程度的石墨烯化，比表面積高，且擁有較寬的孔徑分布。此外，農業廢棄物可以作為炭前驅體，實現農業廢棄物的高價值回收利用。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，特別是涉及一種綠色活化劑在制備多孔炭材料中的應用。

背景技術

多孔炭是一類物理化學性質穩定、比表面積高、孔隙結構發達的碳質材料。近些年，隨著相關研究的深入，多孔炭已成功的應用于氣體存儲、電能存儲和轉換、水體與空氣凈化和催化載體等領域，且其需求量日益漸增。目前，化學試劑活化法制備多孔炭是一種簡單、便捷的方法，已被推廣使用。但是，已知的傳統活化劑均為磷酸（H₃PO₄）、氫氧化鉀（KOH）、氫氧化鈉（NaOH）、氯化鋅（ZnCl₂）、叔丁醇鉀（C₄H₉KO）、硝酸鎂（Mg(NO₃)₂）等腐蝕性或危險性化學試劑，價格昂貴、污染環境、腐蝕儀器、危險系數高，不符合可持續發展戰略，限制了進一步大量的生產和應用。因此，發明一種高效制備多孔炭材料的綠色活化劑是十分重要和急迫的。

發明內容

解決的技術問題：針對上述化學活化劑缺陷，本發明提供一種綠色活化劑在制備多孔炭材料中的應用。甲酸鉀常被用作石油鉆井和融雪劑，無毒無腐蝕，廉價，環境友好，可以制備比表面積高，孔隙結構好的多孔炭材料，為工業可持續生產大量多孔炭材料提供一定的技術支撐。

技術方案：一種綠色活化劑甲酸鉀在制備多孔炭材料中的應用。

上述應用的具體步驟為，將農業廢棄物作為炭前軀體，250℃水熱處理4小時，過濾得到棕色固體殘渣；將棕色固體殘渣與甲酸鉀按質量比1:4溶解于超純水中，70℃加熱攪拌4h，120℃烘干；取出樣品，瑪瑙研缽將其粉碎，在管式馬弗爐中氮氣保護下600-850℃高溫碳化、活化1-4個小時，冷卻后得到黑色固體殘渣；用0-80℃ 10% V/V鹽酸清洗，然后用去離子水清洗，抽濾，烘干得多孔炭材料。

優選的，上述農業廢棄物為棉花秸稈。

優選的，上述高溫碳化溫度為850℃。

優選的，上述活化時間為1小時。

優選的，上述鹽酸的溫度為70℃。

有益效果：本發明的活化劑為甲酸鉀，對環境無毒害、無腐蝕且廉價，是一種環保的綠色化學物質。農作廢棄物可作為炭前驅體，實現廢棄物的回收利用。將甲酸鉀發展為活化劑可避免常規活化劑（氫氧化鉀、氯化鋅、磷酸）對作業設備和地球環境的危害，實現綠色、可持續的生產多孔炭材料。本發明將甲酸鉀與炭前驅體在水溶液體系中攪拌混勻，直接加熱生成多孔炭，過程簡單，產品性能優異，部分石墨烯化，比表面積可達1608.94 m² g^-1,孔容可達0.76 cm³ g^-1，包含微孔、介孔和大孔，以微孔為主，集中在1.2 nm。在載氣、電子傳遞、電能存儲、水體凈化、環境監測等領域具有巨大的經濟效益。

附圖說明

圖 1 為本發明使用棉花秸稈作為炭前驅體，甲酸鉀為活化劑制備的多孔炭的氮氣吸附脫附曲線。如圖所示，該曲線屬于典型的I型吸附脫附曲線，說明該材料以微孔為主要孔徑。