[發明專利]一種利用廢棄藥渣制備氮摻雜分級多孔炭的方法及其應用

在審

• 申請號: 202010049305.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111003710A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 陳崇;王紅艷
• 申請（專利權）人: 宿州學院
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;C01B32/354;H01G11/26;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 宿州智海知識產權代理事務所(普通合伙) 34145
• 代理人: 朱海琳

本發明公開了一種利用廢棄藥渣制備氮摻雜分級多孔炭的方法及其應用，涉及能源領域，本發明利用合成鹽酸林可霉素原料藥及衍生物所產生的藥渣廢棄物為原料，通過一步碳化和活化法制備出氮摻雜分級多孔炭，與現有技術相比，該方法不僅工藝簡單、操作簡便、價格低廉、生產周期短、可原位摻雜氮、易于實現工業化，而且制得的氮摻雜分級多孔炭具有高的比表面積、分級的孔道結構、高的氮摻雜量，而且作為超級電容器電極材料時，表現出高的比電容和優異的倍率性能，具有較強的工業化應用前景。

技術領域

本發明涉及能源領域，特別是一種利用廢棄藥渣制備氮摻雜分級多孔炭的方法。

背景技術

氮摻雜多孔炭材料具有豐富的孔道結構、高比表面積、高孔體積、穩定的物理化學性質、環境友好、低成本性、以及良好的導電性等優良特性，被廣泛應用在吸附、分離、催化以及能量存儲和轉化等領域。近些年來，氮摻雜多孔炭材料在能量存儲科學領域吸引了科研工作者高度關注，尤其在超級電容器方面的應用。氮摻雜多孔炭作為一種非常優異的電極材料，其較高的比表面積能夠大量存儲電荷；其分等級的孔道結構能夠有效的增加比表面積利用率，增加電解液的可及性，促進離子的快速輸運，提高電容倍率性能；其適量的氮原子摻雜能夠提高導電性和表面潤濕性，產生贗電容，大幅度提高比電容。因而，氮摻雜多孔炭能夠用于在保持較高功率密度的前提下極大的增加超級電容器能量密度。

目前，主要是通過后處理法和炭化/活化富氮前驅體法來制備氮摻雜多孔炭。后處理法是指將預先制備的多孔炭材料進行表面化學改性處理，雖然在一定程度上可以實現氮的摻雜，但是制備過程繁雜、氮摻雜量較低以及含氮官能團主要分布在炭的表面。炭化/活化富氮前驅體法是指將高氮含量的前驅體通過炭化或活化法直接合成氮摻雜多孔炭材料，在制備氮摻雜多孔炭的過程中碳前驅體中的氮原子直接引入碳骨架中，因此，所得到的氮摻雜多孔炭中氮元素分布均勻，但是對設備要求較高以及對設備腐蝕嚴重。因此，尋找一種工藝簡單、操作方便、價格低廉、容易實現工業化大規模生產的方法來制備氮摻雜多孔炭具有十分重要的意義。

鹽酸林可霉素作為一種非常重要的抗生素藥物，用于抗葡萄球菌、肺炎球菌、鏈球菌等的感染。目前，在鹽酸林可霉素原料藥及衍生物在生產過程中會產生大量的藥渣，這些藥渣作為廢棄物一般采用焚燒、填埋或者堆放等方式來處理，這不僅導致嚴重的環境污染，而且造成資源的大量浪費。這些藥渣中含有大量的含氮生物高分子物質，因此開發其新的利用方式，實現高附加值轉化，對實現藥渣的綜合利用具有非常重要的經濟價值和社會效益。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用合成鹽酸林可霉素原料藥及衍生物所產生的藥渣廢棄物制備氮摻雜分級多孔炭的方法。該方法不僅工藝簡單、操作簡便、價格低廉、容易實現工業化，而且制得的氮摻雜分級多孔炭作為超級電容器電極材料時，表現出高的比電容和優異的倍率性能，具有較強的工業化應用前景。具體包括以下步驟：

步驟一：將藥渣廢棄物和氫氧化鉀按照質量比為1:（0.1~50）的比例均勻混合，然后將混合物在惰性氣體氛圍中以2~50 ?C/min的升溫速率升溫至600 ?C~ 1400 ?C，保持1~20h，隨后冷卻至室溫，得到黑色的粉末；

步驟二：將步驟一得到的黑色的粉末經過稀酸酸洗，抽濾后收集的黑色粉末在經過熱的濃強堿性溶液浸泡，然后用去離子水水洗至中性，干燥，即得氮摻雜分級多孔炭。

步驟一中所述的藥渣廢棄物為合成鹽酸林可霉素原料藥及衍生物所產生的藥渣廢棄物中的一種或多種混合物，其中藥渣廢棄物是由碳（64.4%）、氮（3.1%）、氧（21.9%）、磷（1.8%）、硫（1.5%）、鈣（1.3%）、硅（6.0%）元素組成。

步驟一中所述的惰性氣體可以采用氮氣、氬氣、氦氣中的一種或多種。

步驟二中所述的稀酸可以為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、氫氟酸中的一種或多種。

步驟二中所述的堿性溶液可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或多種。