[发明专利]一种橘络状明胶改性壳聚糖基活性炭材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种橘络状明胶改性壳聚糖基活性炭材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将冰醋酸加入去离子水中，制得浓度为0.4~0.6mol/L的冰醋酸水溶液；（2）将壳聚糖与明胶溶于100ml的冰醋酸水溶液中，经搅拌形成均一的溶液，并冷冻干燥得到米色海绵状产物；（3）将产物置于坩埚中，采用管式炉进行焙烧得到黑色粉末；（4）取黑色粉末与碳酸氢钾于10mL去离子水中混合均匀，干燥后在氩气保护下于高温碳化，并洗涤至中性，干燥后即得橘络状明胶改性壳聚糖基活性炭材料。本发明制备方法简单、可大规模生产，且形貌独特，比电容性能和倍率性能优异，非常适合作为电极材料应用于超级电容器领域。

技术领域

本发明属于电化学领域，也属于新能源电子材料技术领域，具体涉及一种橘络状明胶改性壳聚糖基活性炭材料的制备方法。

背景技术

壳聚糖可以由甲壳素经脱乙酰反应得到，且广泛存在于自然界中。而且它是一种具有丰富氨基和羟基的大分子，氨基和羟基可以成功地将杂原子(氮和氧)引入碳骨架，有利于电化学性能的提升。Zhang等人用戊二醛和碳酸钾改性壳聚糖，得到了一种电性能比较好的电极材料，在0.5A/g充放电电流密度下，比电容最大可达246.5F/g(Zhang F,Liu T,Hou G,et al.Hierarchically porous carbon foams for electric double layercapacitors[J].Nano Research,2016,9:1-14)。Zhu等人通过水热处理以及氢氧化钾活化，得到了一种含氮的多孔炭材料，在0.5A/g的电流密度下，比电容可以达到305F/g(Zhu L,Shen F,Smith R L,et al.High-Performance Supercapacitor Electrode Materialsfrom Chitosan via Hydrothermal Carbonization and Potassium HydroxideActivation[J].Energy Technology,2017,5)。

中国专利文献CN102951636A公开了一种氮掺杂壳聚糖基活性炭及其制备方法，包括以下步骤：(1)以每克壳聚糖加入35～350mL去离子水的比例配制壳聚糖的悬浊液，搅拌5-30分钟；然后以每克壳聚糖加入0.001-0.05摩尔的盐酸的比例加入盐酸，室温下搅拌2-24小时得到壳聚糖的水溶液。(2)将得到的壳聚糖溶液冷冻成固态，然后在冷冻干燥机内进行冷冻干燥得到壳聚糖干凝胶。(3)将步骤(2)得到的壳聚糖干凝胶在惰性气体下以1-20℃/min的速度升温至700-1000℃，恒温1-6小时，恒温结束后自然冷却至室温。(4)高温炭化产物经研磨后过300-500目筛子除去大颗粒物质，然后经沸水煮沸90-240分钟,抽滤后得到滤饼,真空干燥12小时得到超级电容器电极材料。该电极材料在0.1A/g的放电电流密度下的比电容为242F/g。

发明内容

本发明目的是充分利用明胶丰富的氮含量以及良好的生物相容性，一是改变壳聚糖基炭材料的形貌，二是提高壳聚糖基电极材料的电化学性能，并提供了一种制备特殊形貌明胶改性壳聚糖基炭材料的方法。

根据本发明，一种橘络状明胶改性壳聚糖基活性炭材料的制备方法，其特征包括如下步骤：

(1)在搅拌条件下，将冰醋酸加入去离子水中，制得浓度为0.4～0.6mol/L的冰醋酸水溶液；

(2)在45～65℃温度下，将壳聚糖与明胶溶于100mL的冰醋酸水溶液中，壳聚糖与明胶的质量比为2:1～8:1，搅拌2～3h形成均一的溶液，并冷冻干燥得到米色海绵状产物；

(3)将上述步骤(2)中的产物置于坩埚中，采用管式炉进行焙烧，条件为：氩气氛围，200～400℃，保温2～4h，取出坩埚，经研磨得到黑色粉末；