[发明专利]一种生物质分步活化制备多孔炭的方法

说明书

本发明公开了一种生物质分步活化制备多孔炭的方法，制备过程如下：将生物质粉碎干燥后，与活化剂均匀混合后在惰性气份下进行活化处理，活化剂与生物质发生活化反应，初步形成具有一定孔隙率的生物炭，将生物炭与活化剂再次浸渍均匀并混合，使活化剂充分进入到生物炭的孔隙中，具有良好分散性的活化剂在二次活化过程中有效利用率大幅提高，可以充分刻蚀炭骨架，产生大量的微孔和介孔，从而即使使用少量的活化剂也可以形成具有发达孔隙结构的多孔炭材料，其在催化、吸附、储能等领域都具有广泛的应用前景，从而实现了生物质绿色化制备多孔炭材料，有助于推进生物质高值化利用进程。

技术领域

本发明涉及生物质利用领域，具体涉及一种生物质分步活化制备多孔炭的方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭及其造成的日益严重的环境问题，开发可再生资源已成为当前迫在眉睫的任务。生物质是自然界中唯一的可再生碳源，且其具有含量巨大、环境友好、碳负排放等一系列优点，因而发展生物质能是当今一个热点研究话题。生物质通过简单的热处理(如热解等)即可得到生物炭材料，但是由于直接热解得到的生物炭孔隙率不够发达，很难高值化利用。因而必须对生物炭进行活化处理，以形成具有发达孔隙结构的多孔炭材料，则可以广泛应用于离子电池和超级电容器的电极材料、催化剂的碳基材料以及气体分离的吸附剂等领域，其具有很大的市场空间。

目前，KOH、K₂CO₃、ZnCl₂、H₃PO₄、KHCO₃等是制备多孔炭材料常用的活化剂，虽然它们能够刻蚀生物炭形成发达的孔隙结构，但其在活化过程中，加入量大，通常是生物质质量的1-4倍，大量的活化剂会对设备造成严重的腐蚀，导致难以广泛应用。

因而，亟需寻找一种绿色环保的方法，制备具有发达孔隙结构的多孔炭材料，以满足国内的大量需求。

发明内容

针对以上缺陷和改进需求，本发明旨在提出一种生物质分步活化制备多孔炭的方法，生物质通过一次活化产生部分孔隙结构的生物炭，二次活化时活化剂可以充分均匀地分散到孔隙内，进而活化剂与生物炭进行二次充分活化反应，产生大量的微孔和介孔，从而仅添加少量活化剂即可得到孔隙发达的多孔炭材料。本发明方法显著降低了活化剂的用量，却得到了孔隙率更为发达的多孔碳材料。

为实现上述目的，本发明提供了一种生物质分步活化制备多孔炭的方法，包括如下步骤：

S1：将生物质固体废弃物粉碎至小于60目的颗粒后，进行干燥处理；

S2：将步骤S1中的生物质固体废弃物与活化剂按质量比50:1～5:1通过浸渍的方式进行充分混合，然后蒸发掉其中的水份，干燥后得到混合均匀的样品；

S3：将步骤S2中的样品在氮气或氩气气氛下进行活化反应，活化剂与生物质固体废弃物中的活性组分发生活化反应，形成具有一定孔隙结构的生物炭

S4：将步骤S3得到的生物炭进行酸洗，然后用过量的去离子水过滤冲洗至滤液成中性，干燥后即得到一次活化的生物炭；

S5：将步骤S4得到的生物炭再次与步骤S2所用的活化剂通过浸渍方式进行充分混合后，蒸干水份并干燥样品，活化剂的量与步骤S2中的活化剂质量相同，再次在氮气或氩气气氛下进行充分的活化反应，由于活化剂在浸渍过程中会充分进入到一次活化后形成的生物炭的孔隙中，从而分散均匀的活化剂充分刻蚀碳骨架，产生大量的微孔和介孔，从而形成具有发达孔隙结构的生物炭。

S6：将步骤S5得到的生物炭进行步骤S4的操作，最终得到多孔炭材料。