[發明專利]一種生物質類多孔石墨烯結構活性炭的制備方法

有效

• 申請號: 201810344875.1
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108358203B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 韓建濤;孫世雄
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/324
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發明涉及一種生物質類多孔石墨烯結構活性炭的制備方法，依次包括粉化、預炭化、去雜質、離子交換、膨脹炭化和活化；本發明將生物質制成類多孔石墨烯結構活性炭，較現有制備方法制得的塊狀結構活性炭孔結構豐富，比表面積高，應用于催化、能源存儲和氣體分離等領域性能優異，如應用在超級電容器領域具有優異的能量密度與功率密度。

技術領域

本發明涉及可再生能源技術領域，特別涉及一種生物質類多孔石墨烯結構活性炭的制備方法。

背景技術

活性炭因其具有高比表面積、微孔-介孔-大孔分級孔結構以及低密度的優點，目前廣泛應用在催化、能源存儲和氣體分離等領域。活性炭的表面形貌和孔結構形態決定了其在上述領域的應用價值。

生物質如農作物的秸稈、外殼以及果核，由于其附加產值較低，目前大部分的處理方法為焚燒，既污染環境，又浪費資源?，F存在將生物質用來制備商業活性炭，其制備方法主要是按照以下步驟進行：粉化-炭化-去雜質-活化。但其制備出的活性炭多為塊狀結構，比表面積較低，孔結構主要來源于活化過程中在炭顆粒表面刻蝕出的微孔；應用在儲能領域，在大倍率充放電情況下，容量損失較大。

發明內容

本發明目的是提供一種生物質類多孔石墨烯結構活性炭的制備方法，解決現有技術中存在的上述問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

一種生物質類多孔石墨烯結構活性炭的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，粉化：將生物質粉碎成顆粒，得到前軀體；

步驟2，預炭化：將所述前驅體與水混合成糊狀物，將所述糊狀物放入高壓反應釜，并在180～250℃下保溫1～24h，得到預炭化前驅體；

步驟3，去雜質：將所述預炭化前軀體放入溶度為0.2～2M的HCl溶液中浸泡，用清水清洗至中性，并干燥，得到去雜質前驅體；

步驟4，離子交換：將所述去雜質前驅體浸泡在溶度為0.2～2M的強堿性溶液中，在85～95℃下攪拌至干燥，得到離子交換前驅體；其中，所述去雜質前驅體與所述強堿性溶液的質量比為1：10～10：1；

步驟5，膨脹炭化：將所述離子交換前驅體置于氣氛爐內，在惰性氣體氛圍且600～1000℃下保溫1～24h膨脹炭化，得到膨脹炭化前驅體；

步驟6，活化：將所述膨脹炭化前驅體與強堿性溶液按質量比為1：10～10：1混合均勻，在惰性氣體氛圍且600～1000℃下保溫1～24h活化造孔，得到類多孔石墨烯結構活性炭。

本發明的有益效果是：生物質內含大量含碳化合物，經過180～250℃高壓預炭化，在預炭化后的生物質內，實現了部分含碳高分子脫水聚合外，也同時結合了大量的結構水與結晶水；將預炭化后的生物質去雜質后，浸入到強堿溶液中，使預炭化后的生物質內部的結晶水通過離子交換置換成強堿；然后將離子交換后的生物質，在惰性氣體的保護下高溫膨脹炭化，離子交換后的生物質內部汽化的結構水以及生物質炭與強堿反應產生的氣體，將生物質塊狀顆粒膨脹成類石墨烯的層狀薄片結構；最后將膨脹炭化后的生物質與強堿溶液混合，并在惰性氣體的保護下高溫活化，將層狀生物質活化成類多孔石墨烯結構活性炭；本發明將生物質制成類多孔石墨烯結構活性炭，較現有制備方法制得的塊狀結構活性炭孔結構豐富，比表面積高，應用于催化、能源存儲和氣體分離等領域性能優異，如應用在超級電容器領域具有優異的能量密度與功率密度。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述生物質為農作物的秸稈、外殼和/或果核。

采用上述進一步方案的有益效果是：此類生物質中含碳化合物含量高，利于提高活性炭的產率。

進一步，所述步驟1中將生物質粉碎成顆粒，采用粉碎機完成。