[發明專利]一種蜂窩狀多孔碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911008999.3
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110668419A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 歐陽田;李生杰;陳核章
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 32386 南通毅帆知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 韓冬

本發明的一種蜂窩狀多孔碳材料的制備方法。通過將生物質作為原料，利用高溫膨化過程中原料因本身水分迅速蒸發而瞬間膨化轉化成擴展的三維網狀多孔物質，再對其進行高溫碳化得到多孔碳材料。本發明利用高溫膨化過程使生物質膨脹，實現開孔的目的，避免了多孔碳材料在制備過程中的后續活化步驟。本發明具有經濟環保；得到的蜂窩狀多孔碳材料具有較大的比表面積、豐富的孔隙結構且孔徑分布適中；制備得到的蜂窩狀多孔碳材料作為雙電層電容器的電極材料具有良好的應用前景的優點。

技術領域

本發明涉及碳材料技術領域，特別是涉及一種蜂窩狀多孔碳材料的制備方法。

背景技術

多孔碳材料因其可控的表面積、多維復雜的孔道結構、良好的導電性和較低的成本，已受到人們的密切關注，并被廣泛用于氣體分離、水凈化處理、催化色譜分析、能量儲存以及光催化等領域。相比于傳統的化石能源，生物質因其具有來源豐富以及可再生的綠色特性，近年來被廣泛用于制備多孔碳材料的前軀體。現有技術中，制備生物質多孔碳材料通常是先將生物質原材料在惰性氣氛下高溫碳化，然后再利用化學活化、物理活化或物理-化學活化過程來獲得高比表面積的多孔碳材料。

中國發明專利申請（申請號：2018 1 1482678.2）公開了“一種生物質基分級多孔碳及其制備方法”，該方法通過將生物質原料剪切過篩至20-80目，加入雙鹽體系水溶液中，攪拌，在180-300℃下低溫水熱法預碳化處理5-20 h，洗滌過濾，得到預碳化產物；然后在惰性氣氛下升溫至600-1000℃碳化活化處理0.5-8 h，所得產物經酸洗、堿洗或超聲，再用水洗滌至中性，干燥，得到所述生物質基分級多孔碳。上述方法雖然取得了很大進展，但是這種預先高溫碳化再進行后續活化開孔的方式制備工藝相對繁瑣；物理活化法制備的多孔碳材料孔隙率較低，且需要在較高的溫度下完成。該方法的活化劑及酸洗、堿洗過程對生產設備產生嚴重腐蝕。存在生產能耗高、廢水廢氣處理復雜和環境污染較大的缺點。

因此，針對現有技術中的存在問題，亟需提供一種操作簡便、能耗低、對環境友好型的多孔碳材料的制備方法以解決現有技術中的不足之處顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于避免現有技術中的不足之處而提供一種蜂窩狀多孔碳材料的制備方法。該方法操作簡便，省略了多孔碳材料在后續制備過程中的活化步驟。本發明的目的通過以下技術方案實現，包括如下步驟：

步驟一：將生物質原料置于油溶液中，對其進行高溫膨化，得膨化生物質；

步驟二：將所述膨化生物質轉移至高溫管式爐中，進行高溫碳化，冷卻后得碳化預產物；

步驟三：用水清洗所述碳化預產物，洗除雜質，經過離心干燥后得蜂窩狀多孔碳材料。

由此，通過本發明的技術方案，實現對蜂窩狀多孔碳材料的制備。通過采用生物質作為原料，利用高溫膨化過程中原料因本身水分迅速蒸發而瞬間膨化轉化成擴展的三維網狀多孔物質，再對其進行高溫碳化，可制備出蜂窩狀多孔碳材料。與現有技術相比，本發明提供的方法具有操作簡單、反應條件溫和、油可以在生產過程中循環使用的優點。更重要的是，本發明的方法省略了多孔碳材料在制備過程中后續的活化步驟，進一步減少了工藝流程。

優選的，所述生物質原料為含有高淀粉的生物質。

優選的，所述生物質原料為含有高蛋白的生物質。

更優選的，所述生物質原料為糯米、大米、玉米、小米、蝦片、紅薯粉或薯條。

優選的，所述油溶液為植物油脂或動物油脂。

更優選的，所述植物油脂為花生油、豆油、橄欖油或芝麻油。

更優選的，所述動物油脂為豬油、羊油或牛油。與植物油脂相比，動物油脂具有更好的膨化效果。

優選的，所述高溫膨化為油炸膨化。利用的是膨化作用，所得膨化生物質的體積和表面積為生物質原料的幾倍到幾十倍。