[發明專利]一種精確調節生物質基活性炭微孔結構的制備方法及制得的生物質基活性炭

在審

• 申請號: 202010590461.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111874903A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 黃皓旻;成海榮;王小紅;葉光政;葉代啟
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;C01B32/342
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開了一種精確調節生物質基活性炭微孔結構的制備方法及制得的生物質基活性炭。該方法包括：將生物質粉碎，得到生物質粉末；預處理，得到預處理后的生物質；在惰性氣氛下將預處理后的生物質進行預碳化處理，得到碳化材料；將碳化材料與活化劑混合，研磨，得到混合物，在惰性氣氛下進行活化處理，洗滌，烘干，完成對生物質基活性炭微孔結構的調節。本發明通過控制生物質中纖維素的分解程度，實現精確調控活性炭材料0?2nm微孔數量的目的，其制備工藝簡單，生產成本低且環保，所獲得的活性炭材料比表面積高且可精確調控微孔數量，可根據不同應用場景針對性設計出合理的微孔結構，增強了活性炭材料在吸附、電化學以及儲能等領域的適用性。

技術領域

本發明屬于活性炭吸附領域，具體涉及一種精確調節生物質基活性炭微孔結構的制備方法及制得的生物質基活性炭。

背景技術

活性炭由于大的比表面積、優異的化學穩定性和熱穩定性等諸多優點，使其廣泛應用于各個領域。近來，各種生物質，例如貝殼，軟木粉，木材，竹子和草藥殘渣，因成本廉價和供應量大等特點備受關注?；钚蕴靠捉Y構特性決定了其用途，其中微孔結構是活性炭的主要活性位點，而介孔和大孔則起到傳輸傳導的作用。因此對活性炭微孔的精確調控，有利于生物質基多孔炭針對性提升其有效位點的數量，因此能適用于吸附分離、催化劑載體、超級電容器、氣體儲存等各個方面。

目前，常用的生物質基活性炭調節孔徑的途徑主要包括改變活化溫度、活化劑用量、活化時間以及綜合各個因素之間的相互作用。然而，目前方法多數只制備大的比表面積活性炭（CN201710474784.5）或粗略調控微孔在總孔中的占比或集中程度（CN201911158704.0，CN201810641038.5等）。能對多孔炭材料微孔結構的精準調節目前只能通過MOF的制備來實現，而多孔炭材料的介孔結構精確設計則通過多孔有機材料的直接碳化和模板策略達成，但這兩種實現途徑由于其瑣碎的步驟，原料成本過高或制備期間會造成二次污染以及難以工業化的特性阻礙了它們的進一步應用。

使用綠色環保的微生物途徑去實現多孔碳微孔結構的精確調控呈現出其巨大潛力。其在吸附分離、催化劑載體、超級電容器、氣體儲存等方面具有重要的應用價值。例如，應用于吸附領域，可以根據吸附分子大小設計活性炭孔徑大小，實現高效率吸附；應用于氣體儲存方面，可以根據需要存儲氣體的分子大小，設計出合理孔結構的活性炭，提高存儲效率。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種精確調節生物質基活性炭微孔結構的制備方法及制得的生物質基活性炭。

針對現在生物質基活性炭難以精確控制微孔結構的現狀，本發明通過簡單的制備方法，能成功實現對活性炭微孔結構（0-2nm）的精確調控制，其造成本低、易操作、綠色環保、易于大規模生產，是具有潛力的活性炭微孔精確調控的方法。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明涉及精確調節生物質基活性炭微孔結構的方法及其應用，屬于活性炭制備領域，該活性炭可以用于吸附領域、能源領域、催化領域。

本發明提供的精確調節生物質基活性炭微孔結構的方法中，活性炭材料通過控制分解纖維素的程度精確調控活性炭微孔結構，可調節孔徑范圍主要在0-2nm之間，處理后的生物質其纖維素結晶度越高、分子量越小，越易制備出孔徑范圍小的活性炭。

本發明提供的精確調節生物質基活性炭微孔結構的方法，包括如下步驟：

（1）生物質預處理：用清水洗凈生物質表面雜質，將生物質粉碎，篩分，得到生物質粉末；將所述生物質粉末進行預處理，適宜條件下控制生物質纖維素分解程度，得到預處理后的生物質；

（2）在惰性氣氛下將步驟（1）所述預處理后的生物質放入管式爐中升溫進行預碳化處理，惰性氣體作為保護氣，得到碳化材料；