[發明專利]炭材料的制備方法、炭材料及應用

有效

• 申請號: 202111438346.6
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN113929080B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李海朝;陳奇
• 申請（專利權）人: 青海民族大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B32/15;C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00;B01J21/18;B01J32/00;B01J20/20;B01J20/30;B01J13/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張金銘

本發明公開了炭材料的制備方法、炭材料及應用，涉及炭材料技術領域。炭材料的制備方法通過在不同濃度的表面活性劑溶液中加入包覆劑，在攪拌蒸發的條件下表面活性劑形成聚集體并被包覆劑包覆形成包覆物，將包覆物進行熱解炭化得到炭化物，利用包覆劑的包覆使材料在炭化過程中不會出現集聚，得到均勻的炭材料。本發明為炭材料的制備提供新思路，節省了木材、煤炭和椰殼等資源，且可以通過控制表面活性劑溶液的濃度控制得到炭材料的形貌，實現了準確控制炭材料形貌的目的，具有非常好的應用前景。

技術領域

本發明涉及炭材料技術領域，具體而言，涉及炭材料的制備方法、炭材料及應用。

背景技術

表面活性劑是一種一端親油一端親水的兩親分子，具有工業味精之稱。表面活性劑一般可分非離子表面活性劑、兩性表面活性劑、陽離子表面活性劑和陰離子表面活性劑四類。目前，針對表面活性劑的研究主要是集中在新型雙分子表面活性劑、表面活性劑的降解和表面活性劑作為助劑的應用，但在表面活性劑的熱解方面研究甚少。

2020年全球表面活性劑銷售額達446億美元，在我國洗滌劑和化妝品行業是表面活性劑消耗量較大的兩大行業。在使用過程中勢必導致大量的表面活性劑以液體和固體的形式進入廢物處理過程，對環境造成傷害對資源造成浪費。

目前，在炭材料制備過程中，主要以木材、煤、各種堅果殼等含碳元素豐富的物質為原料，制備各種炭材料成為國內外學者的一個研究熱點。但是，當前想制備出可以準確控制炭材料形貌的技術還不夠成熟。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供炭材料的制備方法、炭材料及應用，旨在提供一種新的炭材料的制備方法，為炭材料的制備提供新思路。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種炭材料的制備方法，在攪拌蒸發的條件下，將包覆劑逐漸加入至表面活性劑溶液中，使包覆劑包覆于表面活性劑聚集體上形成包覆物；將包覆物進行熱解；

其中，表面活性劑溶液的濃度大于或等于0.8倍的臨界膠束濃度。

在可選的實施方式中，將固態的包覆劑逐漸加入至表面活性劑溶液中，當體系中出現結晶時停止加入包覆劑，通過攪拌結晶使水分蒸干則得到包覆物；優選地，攪拌速率為200-500r/min，更優選為250-350r/min。

在可選的實施方式中，表面活性劑溶液的濃度為0.9-50倍的臨界膠束濃度；優選為0.95-20倍的臨界膠束濃度。

在可選的實施方式中，表面活性劑選自烷基磺酸鈉、烷基硫酸鈉、烷基二甲基芐基氯化銨、烷基二甲基甜菜堿、聚氧乙烯烷基酰醇胺和氨基丙酸衍生物中的至少一種。

在可選的實施方式中，包覆劑選自無機鹽或無機堿中的至少一種；優選地，包覆劑選自氯化鈉、氯化鉀、氯化鋅、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的至少一種。

在可選的實施方式中，熱解是控制熱解溫度為300-1000℃；優選為400-500℃；優選地，熱解的過程中，是以80-120℃/h的速率升溫至熱解溫度，再保溫0.5-1.5h。

在可選的實施方式中，通過控制表面活性劑溶液的濃度制備特定形貌的炭材料：

通過控制表面活性劑溶液的濃度低于2倍cmc值，以制備得到碳量子點；

通過控制表面活性劑溶液的濃度為2-10倍cmc值，以制備得到球狀材料；

通過控制表面活性劑溶液的濃度為10-20倍cmc值，以制備得到棒狀材料；

通過控制表面活性劑溶液的濃度高于20倍cmc值，以制備得到氣凝膠材料。