[發明專利]一種氮源改性滸苔制備的多孔炭及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010519113.8
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111591988A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 韓奎華;李明;滕召才;王梅梅;張繼剛;齊建薈;牛勝利
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B32/348
• 分類號: C01B32/348;C01B32/342;C01B32/324;H01G11/24;H01G11/34;H01G11/44
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發明公開了一種氮源改性滸苔制備的多孔炭及其制備方法與應用，包括如下步驟：將滸苔洗滌、干燥、粉碎、過篩，得滸苔粉末；將滸苔粉末與氮源混合，得氮源改性滸苔前驅體；將氮源改性滸苔前驅體在惰性氛圍中炭化；將炭化產物洗滌后，在化學活化劑溶液中浸漬；浸漬后在保護氣氛下加熱活化，即得。通過在前驅體中引入含氮物質用以改性滸苔，使得制備的多孔炭材料具有三維開放結構、層次孔孔道、大比表面積和高孔容。因此，有利于提高多孔炭材料的電化學性能，實現了滸苔的高品質利用。

技術領域

本發明屬于多孔炭材料與電化學電容器技術領域，具體涉及一種氮源改性滸苔制備的多孔炭及其制備方法與應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

具有高比表面積、大孔容和發達孔隙結構的碳質多孔材料，因具有較高的導電性能和良好的熱化學穩定性，而在氣體吸附、催化和能量存儲等方面有著廣泛的應用。煤、生物質、生物質提取物、生活廢棄物和工業廢棄物等都有潛力作為制備多孔炭的原料，其中生物質材料因其種類豐富、廉價易得的優點而受到了研究者的廣泛關注。通常來說，盡管直接以生物質為前驅體制備的多孔炭能夠呈現出不錯的性能，但是有研究表明，通過對原料進行一定的處理能夠進一步挖掘生物質原料的潛力進而獲取性能更高的多孔炭材料。比如，通過去除原料中的礦物質，能夠提高產物的比表面積；通過調節原料的組成成分(比如，加入含鈣物質等)，能夠改變產物的微觀結構；在原料中添加某些化合物，能夠引入目標元素(比如，氮，磷，硫等)。

滸苔，又名苔條、苔菜，屬于綠藻門石莼科滸苔屬，是生活在近海灘涂中的天然野生綠藻，自然繁殖能力特別強。近年來，由于全球氣候變化、水體富營養化等原因，海洋大型海藻滸苔綠潮頻頻爆發，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氧氣，并散發出惡臭氣味，破壞海洋生態系統，嚴重威脅沿海漁業、旅游業發展。處理滸苔的基本辦法是將其加工成食物或動物飼料，但仍然無法消耗大量的滸苔，達不到治理污染的目的。滸苔自身所具有的組成結構特點使其有潛力在其他領域的應用，比如生產抗菌藥，生物油，乳酸，捕集二氧化碳，去除重金屬，制備多孔炭等。Xie Tian等以滸苔為原料，通過冷凍干燥預處理和ZnCl₂活化制備多孔炭用于超級電容器(RSC Adv,2015,5(21):16575-16581)，該制備方法的流程較為復雜,所得的多孔炭的比表面積較低，而且所制備的超級電容器的質量比電容較低。專利CN107651687A公開了一種以滸苔為碳源，將碳源和溶劑形成的混合溶液進行高壓水熱碳化合成，得到碳化物，然后將碳化物、三聚氰胺以及氫氧化鉀按照一定配比在氮氣氣氛下升溫，冷卻后洗滌干燥即得富含吡啶氮元素的炭材料的方法，該方法對設備要求較高，且所得炭材料的比表面積較低。

發明內容

為了解決現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是提供一種氮源改性滸苔制備的多孔炭及其制備方法與應用。通過在前驅體中引入含氮物質用以改性滸苔，使得制備的多孔炭材料具有三維開放結構、層次孔孔道、大比表面積和高孔容。因此，有利于提高多孔炭材料的電化學性能，實現了滸苔的高品質利用。

為實現上述發明目的，本發明的一個或多個實施例公開了以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種氮源改性滸苔制備的多孔炭的制備方法，包括如下步驟：

將滸苔洗滌、干燥、粉碎、過篩，得滸苔粉末；

將滸苔粉末與氮源充分混合，得氮源改性滸苔前驅體；

將氮源改性滸苔前驅體在惰性氛圍中炭化；

將炭化產物洗滌后，在化學活化劑溶液中浸漬；

浸漬后在保護氣氛下加熱活化，即得。

第二方面，本發明提供上述制備方法制備得到的多孔炭。