[發(fā)明專利]一種水生植物制備電極材料的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911131785.5
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111137886A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭淑青;王順;董向元;王紅艷;孫榮岳;畢小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學院
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;H01B13/00;H01B1/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馮慧

一種水生植物制備電極材料的方法，按照所述方法，將慈姑收獲后的莖葉用去離子水洗凈并烘干，碾成碎末；將碎末與KOH溶液按一定質(zhì)量比充分混合并常溫攪拌，獲得混合物；將混合物放入反應(yīng)釜中通入氨氣加熱并攪拌，反應(yīng)結(jié)束后，通水冷卻并過濾分離得到固體產(chǎn)物；將固體產(chǎn)物脫水干燥后與L–谷胱甘肽按一定質(zhì)量比混合研磨均勻，放入管式爐中，通入N₂，分段加熱、保溫、反應(yīng)結(jié)束，通過HCl和去離子水沖洗，并脫水干燥得到慈姑基電極材料。本發(fā)明利用慈姑廢物具有豐富的N、P雜原子結(jié)構(gòu)，進一步摻雜氮原子使交聯(lián)反應(yīng)更加充分，資源利用率較高，有機結(jié)合分段活化方法以及活化過程中氮氣氣氛，有效提高了產(chǎn)物的電化學性能，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種水生植物制備電 極材料的方法。

背景技術(shù)

生物質(zhì)是自然界唯一可再生的碳源，具有廣泛分布性和環(huán)境友好 性。我國是農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源豐富，每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約7.2 億多噸，林業(yè)剩余物資源也高達3億多噸。開發(fā)高效的生物質(zhì)資源利 用技術(shù)，實現(xiàn)生物質(zhì)能的清潔轉(zhuǎn)化與合理利用，對于改善我國能源結(jié) 構(gòu)和控制污染物排放水平，促進經(jīng)濟、社會和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展都具有 重要意義。

生物質(zhì)水熱碳化是當前生物質(zhì)有效利用的途徑之一，可以實現(xiàn)固碳和 利用生物質(zhì)能的目的，近年來得到了快速發(fā)展。它利用一定溫度的熱水將 生物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為富碳固體水熱焦，既可用作燃料、能源材料、也可用作 熱解和氣化的原料、土壤改良劑、還可用作土壤及水體中重金屬和有機農(nóng) 藥的吸附材料等。

相比于熱解和氣化等其他的生物質(zhì)處理技術(shù)，水熱碳化技術(shù)工藝簡單、 成本較低，固體產(chǎn)物含碳量較高、應(yīng)用領(lǐng)域較廣，對于應(yīng)對能源短缺和環(huán) 境污染，具有較大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值。通過一系列研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì) 在水熱碳化過程中，發(fā)生了水解、脫水、脫羧、縮聚和芳香化反應(yīng)，最終 形成固體產(chǎn)物水熱焦和部分液相產(chǎn)物及少量氣體。這一系列同時發(fā)生的化 學反應(yīng)路徑與反應(yīng)條件和原料特性密切相關(guān)，其中產(chǎn)物用途如何與操作參數(shù)和原料特性相匹配，一直是該技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

慈姑為多年生草本植物，水生類蔬菜，多為根部食用，收獲季節(jié)，除 去食用的根部，其他部分作為廢物丟棄，由于其生長需要豐富的有機質(zhì)， 使得其富含N、P等雜原子，如果結(jié)合水熱反應(yīng)條件，對其進行有效處理， 促使慈姑廢物有效轉(zhuǎn)化為具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)和電化學性能的碳材料，將會 有廣闊的應(yīng)用前景和社會環(huán)境效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種水生植物制備電極材料的方法，利用其富含N、 P等原子的特點，實現(xiàn)其高值化的利用。制備出的碳材料具有多孔結(jié)構(gòu)和良 好的電化學性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種水生植物制備電極材料的方法，包括如下 步驟：

(1)將慈姑收獲后的莖葉洗凈，烘干，破碎得到慈姑莖葉碎末；

(2)將步驟(1)所得慈姑莖葉碎末和KOH溶液充分混合，常溫下攪拌， 獲得混合物；

(3)將步驟(2)所得混合物放入反應(yīng)釜，密閉釜體，反應(yīng)釜中通入氨氣， 開啟磁力攪拌，加熱使混合物發(fā)生芳構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，立即通冷卻 水冷卻，將水熱產(chǎn)物過濾分離得到固體產(chǎn)物，脫水干燥；

(4)將步驟(3)干燥后的固體產(chǎn)物與L–谷胱甘肽混合研磨均勻，獲得混 合物；

(5)將步驟(4)所得混合物放入管式爐，通入N₂，分段加熱、保溫、反 應(yīng)結(jié)束，通過HCl和去離子水沖洗，并脫水干燥得到電極材料。

所述步驟(2)中的KOH溶液濃度為1～2mol/L，與慈姑碎末質(zhì)量比為1～3:1。

所述步驟(3)中的反應(yīng)釜氨氣通入量為反應(yīng)釜中壓力達20～25MPa， 磁力攪拌機轉(zhuǎn)速為2000～3000轉(zhuǎn)/min。