[发明专利]生物质油制作多重孔洞碳材料的方法

说明书

本发明提供一种利用生物质热化学处理的生物质油制作多重孔洞碳材料的方法，该生物质油和树脂及氧化锌(ZnO)模板混合作为前驱物的主要成分，经由本发明制作的碳材其孔径包含中孔与微孔，形成具有多重孔洞的碳材，主要实施步骤包含：(1)将前驱物以破碎机混合，(2)将前驱物进行封窑，(3)升温碳化：在350℃的条件下保温1小时后再在900℃的条件下保温2小时，及(4)酸洗：以盐酸将pH值调至低于1以去除ZnO。

【技术领域】

本发明涉及一种制作多重孔洞碳材料的方法，尤指一种利用生物质热化 学处理所产出的生物质油(Bio-oils)制作多重孔洞碳材料的方法。

【先前技术】

多孔洞碳材为极具潜力的新兴材料，尤其对于纳米级孔径的多孔洞材料 由于具有超高比表面积的特性，已被广泛应用在不同领域的产业及产品， 包括绝热材料、缓冲材料、吸声材料、吸附材料、催化剂载体、气体分离、 纯化水等，还可应用于海水淡化，以因应未来水资源短缺并提高自有水资 源技术的解决方案；更由于多孔洞碳材具有优异的电导与电容特性而成为 新兴的电化学材料，可应用于各种高功率设备的超级电容、各种电池的电 极材料、提供与再生能源搭配的储能和能量转换设备的解决方案。现有多 孔洞碳材的制作技术一般为利用高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分 作为制作多孔洞碳材的前驱物，或直接以生物质材料直接加热再活化其碳 材特性达成。依据国际相关产业对于多孔洞材料中孔洞大小的界定标准， 通常将孔径在2～50nm范围者视为中孔(mesopores)，而将孔径小于2nm范围者 视为微孔(micropores)，孔径大于50nm范围者视为大孔(macropores)，本发明 的多重孔洞碳材料则定义为该碳材中的孔洞分布是同时包含一定比率的上 述至少两种孔径范围。

US 8,828,533 B2透过含有高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分混 合为前驱物，制作具中孔性10～50nm的导电碳材，然而本发明为利用生物 质热化学油品特性制作碳材的方法，其并未额外添加导电碳材、醛类、酸 性触媒。

US 8,114,510 B2透过含有高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分混 合为前驱物，制作具中孔性4～10nm,400-700m²/g的碳材，然而本发明为利 用生物质热化学油品特性制作碳材的方法，其并未额外添加与醛类、酸性 触媒，且本发明方法所制造的碳材表面积大于该专利。

US 4,937,223透过木质素(造纸废弃物)与碱在高温下进行碳化制作碳材， 为碱活化法，其所用的配方与本发明不同，且不具特定孔径分布，其方法 产物仅为一般活性炭。

EP 2025656 A1利用粒径20～125微米的木屑，在常压或低压下制作碳 材，该专利并可制作多孔性金属材料，与本发明利用生物质热化学油品特 性制作碳材不同。

US 2014/0227325 A1透过含有高分子与木质素、酚化物、醛类、酸性 触媒等成分混合为前驱物，制作具中孔性4～10nm的碳材，然而本发明为利 用生质热化学油品特性制作碳材的方法，并未额外添加与醛类、酸性触媒。

上述制作多孔洞碳材的现有技术，一般需使用较高成本的高分子、酚化 物、醛类、酸性触媒等成分作为制作多孔洞碳材的前驱物，并需通过较复 杂的制程，甚至制作的碳材不具特定孔径分布等缺失，为因应多元产业的 应用需求，不论从成本的降低、制程的简化、碳材性能的提升，均为业界 所极欲解决的重要课题。

【发明内容】