[發明專利]一種生物質碳微球、制備方法、超級電容器及應用

有效

• 申請號: 202011254134.8
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112357904B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉玉靜;劉琪;應安國;劉中秋;畢麗蓉
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01G11/24;H01G11/42
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明屬于碳材料技術領域，公開了一種生物質碳微球、制備方法、超級電容器及應用，所述生物質碳微球的制備方法包括：果酒酵母菌含硫蔗糖溶液中發酵；將一定量的戊二醛和硫加入到上述體系，并超聲；將溶液轉移至水熱釜中，反應，得到棕色產物，抽濾洗滌干燥；將產物置于管式爐中在氮氣氛圍下，冷卻洗滌干燥得到最終的具有內部精細結構的碳微球。本發明的方法具有簡便易操作、環境友好、廣泛的適用性等優點。本發明適用于生物質碳微球，應用性能更優異，簡便易操作，易量產。本發明制備的碳微球表現了超高的電容性能；本發明的方法操作簡便且環境友好，易批量制備；該方法適用于不同種類的酵母菌。

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，尤其涉及一種生物質碳微球、制備方法、超級電容器及應用。

背景技術

目前：碳材料由于其自身優異的機械強度、化學惰性以及優良的導電和導熱性等優異性能目前已被廣泛的應用于眾多領域。多孔碳微球具有規則的幾何形狀、可控的尺寸、精細的結構以及顯著的高堆積密度和高比表面積等獨特的特性賦予碳材料新的結構特性并拓展其應用領域。隨著對高尖端產品需求的不斷提高，微球內部精細結構的構筑和調控是重中之重。盡管科研人員為此付出了很多努力，制備內部具有精細結構的碳微球依然是該領域的難點。溶液聚合法是目前制備精細結構碳微球常用的一種方法，Lu等人利用表面能誘導法制備了多腔體納米微球；Yang等人利用在乳液的自組裝制備了不同尺寸的介孔碳微球；Qiao等人利用限域聚合制備了多腔體的微米級碳微球。以上實驗可以歸納出：制備具有內部精細結構的碳微球之所以是難點是因為常規的方法很難實現微米尺寸外殼和納米尺寸內部同時調控。值得注意的是，生物界中存在一大類類球狀結構碳微球前驅體，包括種子、花粉以及細胞。但是尚未有文獻報道該類材料內部結構調控的方法。不可否認的是，生物質前驅體除具有來源廣泛和價格低廉的優點外，它們還具有微米級尺寸以及堅固的細胞壁外殼，為內部結構的調控以及后續分離帶來天然優勢。尤其是酵母菌細胞具有種類多樣性、繁殖速度快以及環境友好特點而被廣泛關注。以生物質為碳微球前驅體，已有中空碳微球和多孔碳微球的相關報道，但尚未有內部結構精細調控的相關方法和結構報道。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：目前的微球合成方法不能應用于生物質碳微球內部結構的精確構筑與調控，生物質碳微球內部結構調控是空白技術領域。

解決以上問題及缺陷的難度為：即使在聚合物微球為前驅體調控微球內部結構都具有高難度，因此如何在生物質這類材料內部實現精確調控是非常具有挑戰的工作，常規的方法是制備中空或者紊亂的多孔碳微球。

解決以上問題及缺陷的意義為：拓展了一種適用于生物質材料為前驅體制備具有精細內部結構碳微球的方法，且該方法對不同種類的酵母菌均具有適用性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種生物質碳微球、制備方法、超級電容器及應用。

本發明是這樣實現的，一種生物質碳微球的制備方法，所述生物質碳微球的制備方法包括：

果酒酵母菌含硫蔗糖溶液中發酵；

將一定量的戊二醛和硫加入到上述體系，并超聲；

將溶液轉移至水熱釜中，反應，得到棕色產物，抽濾洗滌干燥；

將產物置于管式爐中在氮氣氛圍下，冷卻洗滌干燥得到最終的具有內部精細結構的碳微球。

進一步，果酒酵母菌5g在質量分數為5％的蔗糖溶液且含硫量為20ppm體系中發酵10-24h。

進一步，將的戊二醛和硫加入到上述體系，并超聲1-2h。

進一步，將溶液轉移至水熱釜中，在200℃下反應5-24h，得到棕色產物，抽濾洗滌干燥。

進一步，將產物置于管式爐中在氮氣氛圍下以升溫速率1-10°/min至750-950℃。