[發明專利]生物質活性炭材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201911036785.7
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110615435A
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 李長明;張雨荷;吳超
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/342;H01G2/00
• 代理公司: 50247 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 霍本俊

本發明公開了一種生物質活性碳材料的制備方法及其應用；所述制備方法包括以下步驟：(1)將滸苔洗滌并烘干得到碳源；(2)將步驟(1)中所得的碳源與過氧化氫混合活化，得到碳材料前驅體；(3)將步驟(2)中所得的碳材料前驅體在惰性環境中碳化后制得滸苔活性碳材料。本發明采用過氧化氫作為活化劑，并且利用對滸苔先活化再碳化的方法，制備的活性碳材料具有大量的介孔與大孔，極大的提高了比表面積及孔隙率。因此，本發明制備的活性碳材料具有優異的電化學性能，在電容器儲能器件以及其他電極材料中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及電極材料技術領域，具體涉及一種生物質活性炭材料的制備方法及其應用。

背景技術

生物質是指任何可再生或可循環的有機質，包括所有的動物、植物和微生物，以及由這些生命體排泄和代謝的所有有機質，具有價格低廉、來源豐富、環境友好等特點。部分海洋生物在水質污染較嚴重的時候就會瘋狂繁殖、生長，需要由人力來打撈，浪費大量的人力、物力和財力。以滸苔為例，滸苔屬綠藻綱，石莼科藻類植物，由單層細胞組成，廣泛分布于全世界各海洋中。正常情況下與菌類一起共同保持著自然水體中的有機物與無機鹽、水質的清潔與污濁、上下游食物鏈等海洋生態平衡。滸苔本身無毒，但是由于人類社會污水的肆意排放、海水養殖業使用飼料無度以及全球變暖、海水升溫等因素導致滸苔大規模爆發，在世界范圍內引發多次綠潮災害。從2008年6月開始，大量滸苔從黃海中部海域票一直青島附近海域，青島近海海域及沿岸遭遇了突如其來、歷史罕見的滸苔自然災害。到目前為止，青島已經連續多年遭遇大規模滸苔登陸。大量滸苔漂浮聚集到岸邊，阻塞航道，同時滸苔大量堆積后腐爛繁殖時需要消耗大量的氧氣，散發惡臭氣味，同時破壞海洋生態系統，嚴重威脅沿海漁業、旅游業發展。據了解，僅青島市每年打撈滸苔就近百萬噸之多。如何在短時間內消耗大量的滸苔，將滸苔變廢為寶是拯救海洋生態環境的一個重大課題。

近年來，碳材料因為具有優異的導電性，良好的機械延展性、豐富的孔結構以及比表面積可調等特點受到了廣泛關注。目前，使用傳統制備活性炭的工藝方法制造的活性炭，比表面積相對較小，孔分布較少，極大限制了高性能儲能器件的發展。因此，由可再生的生物質材料制備高比表面積、孔隙發達的碳材料成為研究熱點。

公開號為CN106477574A、CN104167301B、CN106744784B、CN108400018A的專利文獻公開了一些利用滸苔制備碳材料的方法，這些方法通過碳化活化過程，保留滸苔纖維原管狀結構的基礎上，在滸苔管壁上形成大量的微孔與介孔，制備得到基于滸苔的多孔碳材料，增大了其比表面積及孔隙率。

但是，上述方法所采用的活化劑均為氫氧化鉀、氫氧化鈉、鹽酸、磷酸等，其造孔能力有限，最終得到的碳材料的比表面積及孔隙率不能滿足應用要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種生物質活性炭材料的制備方法及其應用，提高活性炭材料的比表面積及孔隙率。

為了實現以上目的，本發明采用的技術方案：

一種生物質活性炭材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將滸苔洗滌并烘干得到碳源；

(2)將步驟(1)中所得的碳源與過氧化氫混合活化，得到碳材料前驅體；

(3)將步驟(2)中所得的碳材料前驅體在惰性環境中碳化后制得滸苔活性炭材料。

作為優選的技術方案，所述步驟(1)中，烘干溫度為60-120℃。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，碳源與過氧化氫的質量比為2-20:1。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，活化溫度為100-150℃，活化時間為1-3h。

作為優選的技術方案，所述步驟(3)中，以1-5℃/min的升溫速率升溫至700-900℃的碳化溫度，保持1-3h，然后冷卻。