[發明專利]高氮摻雜木質素基多孔碳及其制備方法

在審

• 申請號: 202110110810.2
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112678819A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 熊福全;譚雨姣;王鑫;丁佳蓉;許瀚;吳義強
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種高氮摻雜木質素基多孔碳及其制備方法，該高氮摻雜木質素基多孔碳是以木質素、尿素、氯化鋅和堿式碳酸鎂為原料經煅燒后制備得到。本發明中，以木質素為碳源，使得氮元素更容易摻雜進入到木質素基多孔碳中，從而有利于提高木質素基多孔碳中的氮含量。相比其他碳源制成的氮摻雜多孔碳，本發明中以木質素為原料時能夠制備得到氮含量高的木質素基多孔碳，具有原料來源廣、成本低廉、氮含量高、比表面積大等優點，有著較高的應用價值和較好的應用前景。本發明制備方法，具有工藝簡單、操作方便、制備條件溫和可控、成本低廉等優點，能實現高氮摻雜木質素基多孔碳的一步法制備，且能實現木質素基多孔碳氮含量和比表面積的可調制備。

技術領域

本發明屬于生物質碳材料領域，涉及一種高氮摻雜木質素基多孔碳及其制備方法。

背景技術

碳材料具有價格低廉、孔隙發達、導電性好、性能穩定、易于表面改性、孔徑大小可調、形態多樣等特點，能廣泛應用于電極材料、催化材料和吸附材料等領域。目前，制備碳材料的原料多來源于石油化工原料，且通常需要先碳化后活化，存在制備工藝復雜、成本高的問題。

隨著全球經濟的快速發展，利用可再生的生物質作為碳源代替日益枯竭的化石資源已經成為新的重要發展方向。木質素作為含量僅次于纖維素的可在再生自然資源，全球每年木質素產量高達7000萬噸；同時木質素碳含量高達60％，能作為多孔碳前驅體，這對于制備低成本、高比表面積的多孔碳材料具有十分重要的意義。摻雜多孔碳材料能提高其在電極材料和催化材料方面的利用性能，如，氮摻雜多孔碳表現出高電容和高催化活性，且氮摻雜還能改善多孔碳材料的物理化學特性，致使其對重金屬離子吸附性能提高。然而，現有氮摻雜多孔碳仍然存在氮含量較低的缺陷，且現有制備方法中難以制備得到氮摻雜量高的氮摻雜木質素基多孔碳，這極大的限制了氮摻雜多孔碳的廣泛應用。另外，現有木質素基多孔碳的制備方法存在工藝復雜、成本高、難以實現比表面積可調等問題。因此，獲得一種原料來源廣、成本低廉、氮含量高、比表面積大的高氮摻雜木質素基多孔碳以及與之相匹配的工藝簡單、操作方便、制備條件溫和可控、成本低廉的制備高氮摻雜木質素基多孔碳的方法，對于提高高氮摻雜木質素基多孔碳的使用價值和應用范圍具有十分重要的意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種原料來源廣、成本低廉、氮含量高、比表面積大的高氮摻雜木質素基多孔碳，還提供了一種工藝簡單、操作方便、制備條件溫和可控、成本低廉的制備高氮摻雜木質素基多孔碳的方法，且該制備方法能實現高氮摻雜木質素基多孔碳一步法制備，且通過改變制備條件能實現木質素基多孔碳氮含量和比表面積可調。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種高氮摻雜木質素基多孔碳，所述高氮摻雜木質素基多孔碳是以木質素、尿素、氯化鋅和堿式碳酸鎂為原料經煅燒后制備得到。

上述的高氮摻雜木質素基多孔碳，進一步改進的，所述尿素與木質素的質量比為0.5～2∶1；所述氯化鋅、堿式碳酸鎂和木質素的質量比為1∶1～5∶1。

上述的高氮摻雜木質素基多孔碳，進一步改進的，所述高氮摻雜木質素基多孔碳中氮元素的質量含量為5.78％～7.46％；所述高氮摻雜木質素基多孔碳的比表面積為1094.5m²/g～1342.5m²/g。

作為一個總的技術構思，本發明還提供了一種高氮摻雜木質素基多孔碳的制備方法，包括以下步驟：

S1、將木質素、尿素、氯化鋅和堿式碳酸鎂混合，研磨，得到混合原料；

S2、將步驟S1中得到的混合原料進行煅燒，得到碳化粉末；

S3、將步驟S2中得到的碳化粉末浸泡在酸溶液，洗滌至中性，干燥，得到高氮摻雜木質素基多孔碳。

上述的制備方法，進一步改進的，所述步驟S1中，所述尿素與木質素的質量比為0.5～2∶1；所述氯化鋅、堿式碳酸鎂和木質素的質量比為1∶1～5∶1。