[發明專利]一種催化生物質合成具有分級結構石墨烯的方法

在審

• 申請號: 202011606389.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112678809A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 劉歡;陳偉;張榮莉;周孟雷;唐定興;任一鳴;霍朝飛;黃秀麗;李興揚
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 陳紅

本發明涉及制備石墨烯的技術領域，具體是一種催化生物質合成具有分級結構石墨烯的方法，具體步驟如下：S1、原料；S2、催化；S3、高溫活化；S4、洗滌；與現有技術相比，通過小分子有機化合物類生物質資源可有效替代化石資源化學品，具有顯著的社會、經濟和環境意義，相對于傳統的石墨烯制備工藝復雜、設備成本高、產能低類缺點嚴重制約了石墨烯產業的快速發展，本發明以清潔廉價的可再生生物質資源為原料催化制備石墨烯，且催化劑廉價易得，可部分替代傳統技術利用的化石資源，顯著增加石墨烯產業的可持續性。

技術領域

本發明涉及制備石墨烯的技術領域，具體是一種催化生物質合成具有分級結構石墨烯的方法。

背景技術

生物質作為唯一的可再生碳原料，通過熱化學或生物化學分解，可產生很多有價值的有機化合物，如葡萄糖、木糖、苯丙烷單體及二聚體、有機酸、醛、醇、糠醛、乙酰丙酸、木糖醇、甲殼素、纖維素、木質素等，這些小分子有機化合物可有效替代化石資源化學品，具有顯著的社會、經濟和環境意義，己成為許多國家的重要發展戰略和科學研究熱點。

石墨烯是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維結構的新材料。石墨烯自被發現就成為了碳納米家族的明星。結構決定性質,其特殊結構賦予其獨特的光學、電學、力學、熱學性質。石墨烯在能源、電子信息、功能材料、航天航空、生物醫藥、節能環保等諸多領域的深入研究在逐步展開。目前，石墨烯被廣泛的應用到各領域中，使得國內外石墨烯的需求量呈現逐年快速增長的趨勢。

目前石墨烯制備工藝復雜、設備成本高、產能低等缺點嚴重制約了石墨烯產業的快速發展。以清潔廉價的可再生生物質資源為原料催化制備石墨烯，可部分替代傳統技術利用的化石資源，顯著增加石墨烯產業的可持續性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種催化生物質合成具有分級結構石墨烯的方法。

一種催化生物質合成具有分級結構石墨烯的方法，具體步驟如下：

S1、原料：準備原料，放入固定床中進行高溫熱解反應，得到炭化料；

S2、催化：將原料或將步驟S1中的炭化料與堿金屬或堿土金屬的氧化物或氫氧化物或鹽類催化劑混合，原料或炭化料與催化劑質量比為1:0.2-1:10；

S3、高溫活化：將步驟S2中獲得的混合料放入固定床中進行高溫活化，制備得到具有分級結構石墨烯；

S4、洗滌：將步驟S3中獲得的石墨烯用0.2-4mol/L HCl或HNO₃或HF水溶液洗滌，然后再用蒸餾水洗滌至中性，把洗好的石墨烯放入鼓風干燥箱于80℃-120℃干燥12h。

所述的步驟S1中原料為：葡萄糖、蔗糖、淀粉、半纖維素、纖維素、木質素、瓊脂、甲殼素類生物質資源中的一種或任意幾種混合。

所述的步驟S1中熱解條件為：惰性氣氛為N₂、Ar或He類一種或幾種混合，熱解溫度為400-1200℃，升溫速率為1-50℃/min，熱解時間為0-10h。

所述的步驟S2中催化劑為K₂O、KCl、KBr、KOH、Na₂O、NaCl、NaBr、NaOH、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、CaO、MgO、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃、CaHCO₃、MgHCO₃、CaCl₂、MgCl₂類中的一種或幾種混合。

所述的步驟S2的原料或炭化料與催化劑的比例為1:0.2-1:10，該比例為質量比。