[發(fā)明專利]一種復(fù)合生物炭基材料、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110030283.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112863893B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王斌;杜彬;周慧;胡博聞;鄧忠月;陳龍;何燕
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 楊勝

本案涉及一種復(fù)合生物炭基材料、其制備方法及應(yīng)用，所述復(fù)合生物炭基材料是由天然生物質(zhì)材料經(jīng)碳化?活化造孔?摻氮后制得，其中，摻氮過程中使用的摻氮劑為改性氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料。本發(fā)明中改性氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料能與生物質(zhì)碳更好結(jié)合，提高摻氮量；易于進入植物纖維內(nèi)部，在高溫碳化過程中更易于造孔；以蘆葦花為前驅(qū)體制備復(fù)合生物炭基材料，實現(xiàn)了生物廢料資源的有效利用，既創(chuàng)造了新的價值，又有效的減少了環(huán)境污染，制備過程簡單，易操作；用該復(fù)合生物炭基材料制備得到的電極材料具有良好的成形性、電子傳遞能力和多孔結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，可用于超級電容器領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合生物炭基材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

多孔生物質(zhì)碳材料，作為一種環(huán)境友好的新型材料，具有原料來源豐富、便宜易得、比表面積大和電化學(xué)性能良好等優(yōu)點。在吸附材料、鋰電子電池、鋰-硫電池、燃料電池和超級電容器電極材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。超級電容器具有環(huán)保、比電容值高、充放電速度快、存儲容量大、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，在軍事和汽車等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

目前，已有利用天然產(chǎn)物制備多孔碳材料的研究，然而電化學(xué)活性較低，不適宜作為超級電容器電極材料，石墨烯由于其高導(dǎo)電率、超大比表面積等優(yōu)異的物理化學(xué)特性，在電池材料研究方面引起了人們的關(guān)注。但由于石墨烯片層間的π-π鍵作用使得石墨烯極易發(fā)生團聚，導(dǎo)致其實際性能難以得到發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明旨在基于蘆葦花制備生物碳材料，并制成電極材料，其能應(yīng)用于超級電容器中，具有良好的導(dǎo)電性。

針對上述目的，本發(fā)明通過如下方案：

一種復(fù)合生物炭基材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將天然生物質(zhì)材料在氮氣氛圍下以3℃/min的加熱速度升溫至700℃后恒溫2h，降至室溫后，清洗烘干，得到碳化材料；

S2：將碳化材料浸漬于6mol/L的氫氧化鉀溶液中12h，隨后在110℃下烘干至恒重，并在氮氣氛圍下以2-3℃/min的加熱速度升溫至700℃后恒溫1-3h，降至室溫后，清洗烘干，得到活化材料；

S3：將活化材料浸漬在6mol/L的氫氧化鉀溶液中，加入摻氮劑攪拌均勻，靜置12h，隨后在110℃下烘干至恒重，并在氮氣氛圍下以2-3℃/min的加熱速度升溫至700℃后恒溫1-3h進行摻氮，降至室溫后，清洗烘干，制得復(fù)合生物炭基材料；其中，所述摻氮劑為改性氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料。進一步地，所述改性氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的制備方法如下：

1)將氧化石墨烯分散在水中，用氨水調(diào)節(jié)pH至8-9，超聲分散30min，得到氧化石墨烯水溶液；將乙二胺溶解在乙醇中，并緩慢滴加到所述石墨烯水溶液中，混合物在室溫下攪拌反應(yīng)6h，得到改性氧化石墨烯；

2)將得到的改性氧化石墨烯分散在乙酸溶液中，加入取代苯胺和水，持續(xù)攪拌30min使其混合分散均勻，逐滴滴加過硫酸銨的水溶液，攪拌反應(yīng)60min；

3)反應(yīng)完成后用氫氧化鈉中和反應(yīng)，并在無水乙醇中沉淀出產(chǎn)物，產(chǎn)物用丙酮沖洗，隨后真空干燥得到改性氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料。

進一步地，所述取代苯胺具有如下通式：其中，R為烷基或烷氧基，所述取代苯胺更優(yōu)選為R為烷氧基。

進一步地，所述氧化石墨烯和乙二胺的質(zhì)量比為1:0.5～0.7。

進一步地，所述改性氧化石墨烯與取代苯胺、過硫酸銨的質(zhì)量比為1:1.5:3～5。

進一步地，所述天然生物質(zhì)材料為蘆葦花、稻殼、絲瓜絡(luò)或小麥秸稈，優(yōu)選為蘆葦花。

進一步地，所述摻氮劑的用量為活化材料的5-15％。