[发明专利]一种生物质多孔碳材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种生物质多孔碳材料及其制备和应用。生物质多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：S1.前驱体的制备：将核桃壳粉粹成500目粉末后清洗烘干，接着进行球磨，在缺氧的气氛下热处理，再分别使用稀盐酸、氢氧化钠溶液进行回流，清洗烘干得到前驱体；S2.多孔碳材料的制备：将S1中的前驱体在缺氧的气氛下热处理或/和活化反应制备得到生物质多孔碳材料。本发明的生物质多孔碳材料制备方法，以资源丰富的核桃壳为原料，制备过程简单，所制备的生物质多孔碳材料具有高密度、高硬度、孔隙丰富、比表面积大、孔结构稳定的优点，生物质多孔碳材料的表面积为200～2000m²/g，振实密度为1～1.6g/cm³比容量为100～800F/g，广泛应用于制备储能器件的电极材料、吸附剂、导热材料和催化剂载体，尤其是亚甲基蓝的吸附。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料技术领域，更具体地，涉及一种生物质多孔碳材料及其制备和应用。

背景技术

碳材料以其优良的耐热性能、高导热系数、良好的化学惰性、高电导率等优点，被广泛应用于机械工业、电子工业、电器工业、航空航天、核能工业、冶金工业、化学工业等从金刚石、石墨，到传统的炭黑、多孔碳、活性炭、高纯石墨等，在工业生产、人们生活中发挥出巨大的作用，近年来，由于化石资源的短缺，碳材料的发展和应用受到了限制。生物资源如林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源植物等属于可再生资源而成为化石资源的有力替代品，而且大部分生物质资源都含有丰富的碳元素，从而成为制备各种碳材料的可再生原料，以丰富的生物质资源开发研发新型碳材料将有效缓解化石资源枯竭带来的工业和民用材料的短缺。现有的生物质资源制备碳材料的方法很多，但其材料的孔隙结构和振实密度等性能往往达不到应用要求，CN106145088A公开了一种生物质多孔碳材料及其制备方法和应用，其以酸枣核为生物质原料，加入碱等得到混合物料，再热处理得到生物质碳材料，材料的比表面积有一定程度的改善，但材料的振实密度和比容量等性能提升不够。本领域所期待的是能够提供一种新的生物质多孔碳材料的制备方法，使其孔隙结构、振实密度和比容量等综合性能均能达到相关领域的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有生物质多孔碳材料的孔隙结构、振实密度和比容量等综合性能的缺陷和不足，提供一种生物质多孔碳材料。

本发明的另一目的在于提供一种生物质多孔碳材料的制备方法。

本发明的又一目的在于提供生物质多孔碳材料在制备储能器件的电极材料、吸附剂、导热材料和催化剂载体中的应用。

本发明的再一目的在于提供生物质多孔碳材料在吸附亚甲基蓝中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种生物质多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.前驱体的制备：将核桃壳粉粹成500目粉末后清洗烘干，接着进行球磨，在缺氧的气氛下升温至500℃热处理2h，再分别使用稀酸、强碱溶液进行回流，固体成分清洗烘干得到前驱体；

S2.多孔碳材料的制备：将S1中的前驱体在缺氧的气氛下升温至1200～1600℃热处理1～2h，或/和在800～850℃活化反应1～2h，制备得到生物质多孔碳材料。

本发明以资源丰富的核桃壳为原料，通过粉碎、球磨、热处理等方法制备了一种新型生物质多孔碳材料，该材料具有丰富的孔隙结构和较高的振实密度。

其中S1中热处理是为了让材料预碳化，S2热处理是为了提升材料的表面性能，热处理或活化反应温度过高会导致材料形成部分闭孔，导致比表面积下降。

优选地，S1中热处理的升温速率为5℃/min。

优选地，S2中热处理温度为1200℃，处理时间为2h。

优选地，S2中活化温度为800℃，处理时间为2h。