[發明專利]基于堅果殼的生物質多孔碳材料的制備方法及其應用

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• 申請號: 202010129740.0
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111333068A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 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: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/342;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 霍本俊

本發明公開了一種基于堅果殼的生物質多孔碳材料的制備方法及其應用；所述制備方法包括以下步驟：將堅果殼粉碎得到碳源；將碳源在空氣中碳化，得到碳材料前驅體；將碳材料前驅體與活化劑混合活化；將活化后的碳材料前驅體在惰性氣體環境中再次碳化，制得生物質多孔碳材料。本發明制備的生物質多孔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，具體涉及一種基于堅果殼的生物質多孔碳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。生物質是地球上最豐富的可再生有機資源儲備，價格便宜且易于獲得。因為它富含纖維素、半纖維素、木質素，而且無機雜質含量低，尤其適用于制備活性碳材料。

近年來，碳材料因為具有優異的導電性、良好的機械延展性、豐富的孔結構以及可以調節的比表面積等特點受到了廣泛關注。目前，使用傳統制備活性碳的工藝方法制造的活性碳，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。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于堅果殼的生物質多孔碳材料的制備方法及其應用，提高碳材料的比表面積及孔分布。

為了實現以上目的，本發明采用的技術方案：

一種基于堅果殼的生物質多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將堅果殼粉碎得到碳源；

(2)將步驟(1)中所得的碳源在空氣中碳化，得到碳材料前驅體；

(3)將步驟(2)中所得的碳材料前驅體與活化劑混合活化；

(4)將步驟(3)中所得的活化后的碳材料前驅體在惰性氣體環境中再次碳化，制得生物質多孔碳材料。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，碳化溫度為400-800℃。

作為優選的技術方案，：所述步驟(3)中，活化劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鋅、磷酸、氯化鋁和氯化鎂中的一種或幾種。

作為優選的技術方案，：所述步驟(3)中，碳材料前驅體與活化劑的質量比為1:1-10。

作為優選的技術方案，所述步驟(3)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(4)中，以1-5℃/min的升溫速率升溫至600-900℃的碳化溫度，保持1-3h，然后冷卻至室溫。

作為優選的技術方案，所述堅果殼為瓜子殼、松仁殼、碧根果殼、開心果殼、核桃殼和花生殼中的一種或幾種。

上述制備方法制備的生物質多孔碳材料。

上述制備方法制備的生物質多孔碳材料在電容器儲能器件中的應用。

上述制備方法制備的生物質多孔碳材料在電極材料中的應用。

本發明的有益效果：

本發明將堅果殼在空氣中碳化，再活化，然后在惰性氣體環境中再次碳化，制得生物質多孔碳材料。該生物質多孔碳材料的微觀形貌為片層狀，具有大量的且不同比例的微孔，極大的提高了比表面積及孔隙率。因此，本發明制備的生物質多孔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。

附圖說明

圖1為實施例1-3及對比例1所得的生物質多孔碳材料的掃描電子顯微鏡圖；