[發(fā)明專利]一種利用頭發(fā)基制備分級(jí)多孔碳材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811209884.6
• 申請(qǐng)日: 2018-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109368640B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊蓉;劉磊;劉珊;孟慶龍;劉瑞;惠鵬;陳利萍;馬良森;燕映霖;許云華;沈洋;鄒一鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/348
• 分類號(hào): C01B32/348;C01B32/324;H01M4/133;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 寧文濤

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用頭發(fā)基制備分級(jí)多孔碳材料的方法，首先將頭發(fā)清洗干凈后干燥，然后在管式爐中進(jìn)行低溫預(yù)碳化，然后經(jīng)活化造孔劑氫氧化鉀活化處理，再在管式爐中進(jìn)行高溫碳化保溫后得到分級(jí)多孔碳。本發(fā)明的方法所制備的碳材料具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，由小于2nm的微孔和大于2nm、小于50nm的介孔組成，并且本發(fā)明方法操作方便、工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，并且成功制得了高比表面積和孔體積的分級(jí)多孔碳。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用頭發(fā)基制備分級(jí)多孔碳材料的方法。

背景技術(shù)

分級(jí)多孔碳又稱多級(jí)孔碳，通常是指具有微孔、介孔和或大孔的多級(jí)孔道的碳材料。多孔碳材料具有碳材料的性質(zhì)，如化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，孔結(jié)構(gòu)的引入使其同時(shí)具有比表面積大、孔道結(jié)構(gòu)可控、孔徑可調(diào)等特點(diǎn)。而分級(jí)多孔碳材料結(jié)合各級(jí)孔的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)孔道的協(xié)同作用，可以解決反應(yīng)速度和傳質(zhì)限制的難題。在鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池、燃料電池、儲(chǔ)氫、氣體分離和催化劑載體等方面都有著不凡的應(yīng)用前景。分級(jí)多孔碳組裝成儲(chǔ)能器件時(shí)，電極材料的有效電化學(xué)接觸面積大、擴(kuò)散距離短、大倍率傳輸效率高，因而往往表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)鋰及儲(chǔ)能容量，尤其是其高傳質(zhì)速率帶來(lái)的高倍率性能，使其成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

針對(duì)鋰硫電池存在的問(wèn)題，研究工作者常常將硫與分級(jí)多孔碳制備成復(fù)合材料來(lái)做鋰硫電池的正極。硫/分級(jí)多孔碳復(fù)合材料通常是將單質(zhì)硫負(fù)載到多孔碳空隙中，這一方法有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)碳材料的高導(dǎo)電性可以很好地改善正極的電子傳輸；(2)多孔碳材料具有很大的比表面積及豐富的孔洞可以吸附多硫化物，抑制穿梭效應(yīng)；(3)多孔碳材料中豐富的孔洞可以很好地緩解硫在充放電過(guò)程中的體積膨脹微孔結(jié)構(gòu)孔徑小于S8分子的直徑，所以可以通過(guò)高溫處理，將S2-4這樣的小分子限域在微孔碳的空隙中，這種小分子硫在充放電過(guò)程中不會(huì)形成長(zhǎng)鏈的多硫化鋰，從而抑制了穿梭效應(yīng)。介孔碳材料較大的比表面積和孔隙率可以負(fù)載更多的活性物質(zhì)，能有效減小鋰離子傳輸阻力，吸附并抑制多硫化鋰的溶解。

本申請(qǐng)發(fā)明了一種利用廢棄頭發(fā)制備分級(jí)多孔碳的方法，一方面對(duì)廢棄物進(jìn)行了合理化回收利用，另一方面提供了一種利用廉價(jià)原料制備分級(jí)多孔碳的方法，具有較好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用頭發(fā)基制備分級(jí)多孔碳材料的方法，本方法制備的分級(jí)多孔碳具有高比表面積和孔體積，且本身含有微孔和介孔。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種利用頭發(fā)基制備分級(jí)多孔碳材料的方法，具體制備步驟如下：

步驟1、稱取頭發(fā)置于去離子水中浸泡10min-20min后，使用超聲波清洗器超聲1h-3h；

步驟2、繼續(xù)使用去離子水洗滌頭發(fā)3-5次后，將頭發(fā)置于干燥箱中干燥1h-5h；

步驟3、將步驟2中干燥過(guò)的頭發(fā)置于清洗液中，并使用超聲波清洗器超聲30min-60min后置于干燥箱中干燥1h-4h，再將干燥后的頭發(fā)剪成長(zhǎng)度不大于1cm的小段；

步驟4、將步驟3中剪成小段的頭發(fā)置于充滿保護(hù)氣的管式爐中，進(jìn)行低溫預(yù)碳化，待低溫預(yù)碳化后的頭發(fā)冷卻至室溫，研磨成粉末，得到預(yù)碳化粉末；

步驟5、將預(yù)碳化粉末與氫氧化鉀混合，然后加入去離子水，攪拌下使預(yù)碳化粉與氫氧化鉀溶解均勻后，靜置30min，得到混合溶液A；

步驟6、將混合溶液A置于油浴鍋中邊加熱邊攪拌使混合溶液A蒸干成粘稠狀固體B，再將粘稠狀固體B置于干燥箱中干燥，接著將干燥后的粘稠狀固體B研磨成粉末，得到粉末C；

步驟7、將粉末C置于充滿保護(hù)氣的管式爐中，進(jìn)行高溫碳化，待高溫碳化后的粉末C冷卻至室溫，進(jìn)一步研磨，得到粉末D；

步驟8、使用鹽酸溶液洗滌步驟7中得到的粉末D直至洗滌后的濾液呈中性，然后再用去離子水洗滌粉末3-5次，在將粉末D置于干燥箱中干燥，得到分級(jí)多孔碳材料。