[發明專利]一種半纖維素基碳材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010064108.2
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111268666A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 藺華林;王葉函;嚴春陽;劉業萍;葉偉林;韓生
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01G11/24;H01G11/44
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種半纖維素基碳材料及其制備方法，制備方法包括以下步驟：1)將柚子皮的黃色外皮去掉，剩余部分切成塊狀，超聲洗滌后干燥，并研磨成粉末狀，得到柚子皮粉末；2)將柚子皮粉末加入至堿溶液中，攪拌均勻后抽濾，取濾液并調節pH至中性，之后加入乙醇并進行過夜沉淀；3)將沉淀離心洗滌后干燥，得到半纖維素；4)將半纖維素進行高溫煅燒，即得到半纖維素基碳材料。與現有技術相比，本發明制備得到的半纖維素基碳材料表面呈塊狀結構，具有較大的比表面積。當作為超級電容器的電極材料，表現出優異的電化學特征，是理想的電極材料之一。

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，涉及一種半纖維素基碳材料及其制備方法。

背景技術

環境問題的日益加重使得人們意識到尋找綠色可再生新能源是當今需要迫切解決的問題。制造新型的能量儲存裝置已成為當前新能源領域的研究熱點。伴隨著便攜式電子設備需求的日益增多，電動汽車等領域的快速發展，傳統的鋁電解物理電容在能量密度上的不足已難以滿足人們的需求?？蒲泄ぷ髡哌M行了鋰離子電池、鈉離子電池、鋰硫電池等新型儲能裝置的研發，但二次電池受限于較差的循環壽命，較慢的充放電速率等各方面缺陷，在應用過程中受到了諸多限制。因此，為了彌補二次電池和普通電容器性能上的不足，超級電容器應運而生。

超級電容器(supercapacitor)是一種介于傳統電容器和二次電池之間的新型儲能元件。與傳統靜電電容器相比，超級電容器具有更大的容量，能量密度是傳統電容器的20-200倍，而與電池相比，超級電容器具有優秀的大電流充放電能力，無需維護和保養，是一種清潔無污染儲能設備，其具有傳統電容器和鋰二次電池無法替代的優勢。

多孔碳材料由于其廉價的成本、優異的性能以及環境友好等特點，已成為當前超電容電極材料的研究熱點?？勺鳛槌娙蓦姌O材料的多孔碳主要包括活性碳、碳氣凝膠、碳納米管等。活性碳材料具有比表面積大、孔結構豐富、導電性能好、化學穩定性好等優點。通常使用天然的生物質為碳源進行制備，原料豐富便于獲取，具有良好的經濟效益。并且可以通過改善制備方法，調節活化劑等相關參數，改善活性碳的電化學性能。因此，活性碳是當前碳基電極材料研究的首選材料。

然而，現有的活性碳材料種類較少，且制備過程復雜，限制了其進一步應用。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種半纖維素基碳材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種半纖維素基碳材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)將柚子皮的黃色外皮去掉，剩余部分切成塊狀，超聲洗滌后干燥，并研磨成粉末狀，得到柚子皮粉末；

2)將柚子皮粉末加入至堿溶液中，攪拌均勻后抽濾，取濾液并調節pH至中性，之后加入乙醇并進行過夜沉淀；

3)將沉淀離心洗滌后干燥，得到半纖維素；

4)將半纖維素進行高溫煅燒，即得到所述的半纖維素基碳材料。

進一步地，步驟1)中，超聲洗滌過程為：先用水超聲20-60min，之后用水洗滌。先將柚子皮的黃色外皮去掉，只留白色部分，以確保碳前體的成分一致。

進一步地，步驟1)中，干燥過程中，溫度為100-300℃，時間為12-48h。

進一步地，步驟1)中，所述的柚子皮粉末的粒徑為50-200目。

進一步地，步驟2)中，堿溶液為濃度10-20wt％的KOH溶液。

進一步地，所述的KOH溶液與乙醇的體積比為1:(1-3)，每100mL KOH溶液中加入0.8-1.2g柚子皮粉末。

進一步地，步驟2)中，攪拌過程中，溫度為25-85℃，時間為4-24h。