[發明專利]一種利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料和制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010624613.8
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111960414B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 侯慶喜;劉秀知;劉葦;蔣通寶
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/34
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 韓曉梅

1.一種利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：其制備步驟如下：

⑴將風干至含1％～50％水分的木質生物質原料，按照固液比為1:3～20kg/L與預熱至60～100℃的去離子水裝入密閉的壓力容器中充分混合，在20～60min內加熱至100～300℃，并在該溫度下保持30～80min進行自水解預處理；

⑵將步驟⑴得到的木質生物質原料冷卻至30～90℃，之后用80～200目篩過濾，再用去離子水對自水解后的木質生物質原料進行充分洗滌，直到濾液為無色且其pH為中性；為了徹底消除原料的內部應力，自然風干后再用去離子水浸泡24～48h，重復操作2～6次，風干后的木質生物質原料于-50℃～10℃冷藏，儲存備用；

⑶配制0.1～6M的無機強酸溶液，室溫下避光存放；

⑷取質量比為1:10～10:1的兩種無機熔鹽用步驟⑶中的無機強酸溶液配制成無機熔鹽水合物溶液，將步驟⑵中的備用原料以M_原料：M_熔鹽＝1:1～1:20加入無機熔鹽水合物溶液中，并在25～100℃下超聲處理8～24h，取出于-80℃冷凍4～36h，之后再迅速取出進行凍干處理，得到無機熔鹽水合物溶液處理后干燥且保持自支撐結構的木質生物質材料；

⑸將步驟⑷得到的保持自支撐結構的木質生物質材料置于惰性氣體中碳化處理，之后洗至中性，然后在70～100℃下干燥12～48h，得到木質生物質基多孔碳材料。

2.根據權利要求1所述的利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：所述步驟⑴中密閉的壓力容器為蒸煮器；所述步驟⑵中使用80～200目尼龍篩過濾。

3.根據權利要求1所述的利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：所述步驟⑴、⑵中木質生物質原料選自木材或非木材纖維原料。

4.根據權利要求3所述的利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：所述木材或非木材纖維原料為針葉木、闊葉木、禾本科中的一種。

5.根據權利要求1所述的利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：所述步驟⑶中無機強酸溶液是H₂SO₄、HNO₃、HCl溶液中的一種。

6.根據權利要求1所述的利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：所述步驟⑷中的無機熔鹽是NaCl、KCl、ZnCl₂、ZnSO₄、ZnCO₃中的兩種；

或者，所述步驟⑷中取出置于超低溫快速冷凍冰箱中-80℃冷凍4～36h，之后再迅速取出于冷凍干燥箱-60℃下進行凍干處理12～48h。

7.根據權利要求1至6任一項所述的利用無機熔鹽水合物制得的木質生物質基多孔碳材料，其特征在于：所屬步驟⑸中碳化處理的溫度為400～1400℃，時間為1～10h，惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣其中的一種。

8.如權利要求1至7任一項所述的木質生物質基多孔碳材料在超級電容器三電極體系的制備方面中的應用。

9.利用如權利要求1至7任一項所述的木質生物質基多孔碳材料制備超級電容器三電極體系的方法，其特征在于：組裝步驟如下：

⑴將木質生物質基多孔碳材料用無機強酸稀溶液進行多次清洗去除雜質，后使用去離子水洗至pH為中性，干燥處理；

⑵配制2～6M的KOH溶液，并取KOH溶液置于電解池中；稱取干燥處理后的木質生物質基多孔碳材料直接安裝在超級電容器三電極體系中的工作電極上；其中，KOH溶液：木質生物質基多孔碳材料的比例mL：g為50～300：0.05～0.1；

⑶儀器組裝連接完成后，靜置0.5～1h后，即得穩定的超級電容器三電極體系。

10.根據權利要求9所述的制備超級電容器三電極體系的方法，其特征在于：所述步驟⑴中無機強酸稀溶液的制備步驟如下：

配制0.1～6M的無機強酸溶液，室溫下避光存放，即得無機強酸稀溶液。