[發明專利]一種柚子果肉皮基多孔碳材料的制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810464002.4
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108584947A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 徐芬;徐超超;孫立賢;曹黎志;印世璐;程日光;張煥芝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;H01G11/44
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 周雯

本發明公開了一種由柚子果肉皮制備的多孔碳材料，即由柚子果肉皮制備碳前驅體，然后經堿性無機物處理，再經煅燒制備而成。其比表面積范圍在972~1598 m² g^?1之間，平均孔徑分布在1.76~1.89 nm范圍內。其制備方法包括以下步驟：1）柚子果肉皮的低溫碳化；2）柚子果肉皮基多孔碳材料的活化；3）柚子果肉皮基多孔碳材料的后處理。本發明材料作為超級電容器電極材料的應用時，當電流密度為0.5 A g^?1時，比電容值范圍在117~315 F g^?1。該發明以柚子果肉皮為碳源,拓寬了生物材料的應用領域；在多孔材料和超級電容器領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物質碳材料的制備領域，具體涉及一種柚子果肉皮基多孔碳材料的制備方法和應用。

背景技術

能源是人類社會發展的主要動力。縱觀人類發展的歷史,每一次能源技術的革新，都引起社會生產力和生產關系的重大變革，從而推動了歷史向前發展。然而由于工業化的高度發展，人類對煤、石油、天然氣等化石燃料等無節制的開采，導致了一系列資源短缺和環境污染等問題，可再生能源的開發與使用日益受到重視。

多孔碳材料由于具有超大比表面積、高導電性、優異的孔徑分布和低成本等特點，成為了雙電極電容器最有潛力的電極材料之一。化學活化法，特別是堿性無機物活化法，是一種典型有效的，可以得到良好孔結構碳材料的方法。通過將含碳物質與堿性無機物混合后于高溫下碳化，發生的一系列反應可使得到的碳化物具有層次豐富的孔結構。

生物質作為一種分布廣、綠色可再生的能源受到了越來越多的重視。隨著化石能源的減少以及人們環保意識的增強，生物質基多孔碳材料已成為一個熱門的研究方向。

袖子是人們喜食的上等水果之一，屬可再生資源，在我國廣西、廣東、海南等地盛產，銷售遍及全國各地。人們一般只吃其袖子肉，而包覆果肉的那層白色薄皮大多被作為廢料丟棄,不僅污染環境，而且浪費了可供利用的資源。袖子果肉皮主要成分有纖維素和半纖維素等，在炭化的過程中這些結構不會被破壞，是優良生物碳制備的前軀體。若能將廢棄的袖子的果肉白色薄皮加以回收利用，制備多孔碳材料，不僅可以提高袖子的附加價值，降低碳材料的生產成本，取得可觀的經濟效益，而且可以減少因固體垃圾帶來的環境污染。

現有技術中,生物質碳作為超級電容器電極材料逐漸成為一個研究熱點。中國專利107640767A公開了一種利用農業垃圾香蕉皮制備的用于超級電容器的多孔碳基電極材料的方法。以香蕉皮為碳源，檸檬酸鹽為造孔劑，采用直接一步碳化的方法，在惰性氣體保護下、程序升溫碳化，冷卻后研磨，經稀鹽酸和水洗至溶液為中性、干燥后得高比表面積的多孔碳材料。該發明合成工藝操作簡單、操作容易、原料價廉易得，實現了資源的有效利用；但是所制備多孔碳材料比電容較低，在0.1 A g^-1電流密度下，比電容僅為258~273 F g^-1。

基于上述考慮，選用袖子果肉皮作為源料，制備生物質基多孔碳材料，通過碳化活化后可以得到豐富的多孔結構，具有大量的微孔和少量的介孔。微孔和介孔的同時存在是獲得優異的電化學性能的關鍵，微孔可以保證材料具有較大的比表面積和比容量，介孔則有利于電解液離子快速傳輸，是一種理想的超級電容器電極材料。

發明內容

本發明的目的是為了充分利用包裹柚子果肉的那層白色薄皮，制備高價值的電極材料，擴大其作為電極材料在超級電容器的應用范圍，提供一種多孔碳電極材料的制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種柚子果肉皮基多孔碳材料，由柚子果肉皮制備的碳前驅體和堿性無機物煅燒制備而成，其比表面積其范圍在972~1598 m² g^-1，平均孔徑分布在1.76~1.89 nm范圍內。

一種柚子果肉皮基多孔碳材料的制備方法包括以下步驟：