[发明专利]一种基于柚子瓣膜的多孔活性炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于柚子瓣膜的多孔活性炭及其制备方法和应用，属于材料技术领域，该方法具体为：将柚子瓣膜洗净、冻干后加入磷酸水溶液中，进行水热反应，所述水热反应结束后离心取沉淀，将所述沉淀洗涤、烘干后进行碳化处理，获得前驱体，将所述前驱体除杂后再次烘干制得多孔活性炭。该多孔活性炭材料相对于其它生物质衍生的碳材料具有较高的比表面积和电容性能，经检测具有较好的电化学储能性能，是优良的电极材料，可进一步开发制备成超级电容器，在电化学储能领域具有潜在、广阔的应用前景。该多孔活性炭制备工艺简单易操作，反应条件温和，后处理方便，收率高(20％)，成本低，适合扩大化生产。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种基于柚子瓣膜的多孔活性炭及其制备方法和应用。

背景技术

世界经济的快速发展、传统资源的消耗量增加以及燃料燃烧所带来的日趋严重的环境污染和全球变暖等问题，使人们相当迫切地需要寻找到一种清洁、高效、可持续的能源，所以生产和灵活运用可再生清洁能源取代传统的化石能源成为当下世界经济发展模式下的当务之急。自然资源有一个属性就是它本身具有不连续性，那么这就需要寻找到与之相对应的储能元件，进而才能实现对这些自然能源的利用，而超级电容器的研制成功就是储能设备的一次革命。

超级电容器也称作电化学电容器，是处在传统电容器和二次电源之间的一种新型储能元件，具有能量密度高、功率密度大等优点，是一种高效的能源储存设备。电极材料的选择对超级电容器的电化学性能起着决定性作用，因此研发电极材料相关的工作一直是该领域学术界和工业界的研究热点。

由于炭材料具有大的表面积、发达的孔结构、高的导电性、丰富的来源及成熟的制备工艺，已经成为目前适用范围最广的超级电容器电极材料。其中，炭材料所具有的大比表面积可以为电荷的累积提供充足的活性位点；良好的导电性可以促进电子的快速运输；分层级的孔结构能缩短离子的扩散距离并为电解液离子的快速传输提供通道；优异的物理化学稳定性保证了其具有优异的循环稳定性。

目前，被广泛研究的炭材料主要包括：石墨烯，碳纳米管，碳纤维，有序介孔碳以及多孔炭材料。但是，石墨烯，碳纳米管，碳纤维以及有序介孔碳等纳米材料严重依赖化石燃料前驱体，并且需要苛刻复杂的合成条件，甚至会导致严重的环境问题。考虑到化石燃料的过度消耗以及对可持续生态资源和工艺的需求，利用生物质为前驱体制备多孔碳材料越来越受到研究者的重视。选用自然界的生物质废弃物为原料通过合理的方法制备具有分层级结构的多孔炭，不仅能够提高生物质的利用效率，降低对环境的影响，还将有望获得能满足能源环境领域发展需求的先进材料。

柚子是一种常见的水果，主要分布于中国长江以南各地最北限于河南省信阳及南阳一带，东南亚各国也有栽种。据文献报道，以柚子皮为原料经一系列工艺制备的3D蜂窝状多孔碳材料，具有较高的比表面积(2725m²/g)，作为电极应用于超级电容器，显示出优越的储能性能 (342F g^-1，0.2A·g^-1)。在10A·g^-1时，1000次循环后，电容仅损失0.2％，显示出巨大的储能潜力。同样的，人们食用柚子果肉后大都将柚子瓣膜作为生物质废弃物处理。目前，柚子瓣膜作为生物前驱体，应用于能源领域的研究鲜有报道。因此，柚子瓣膜基多孔活性炭有广阔的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于柚子瓣膜的多孔活性炭的制备方法；目的之二在于提供一种基于柚子瓣膜的多孔活性炭；目的之三在于提供基于柚子瓣膜的多孔活性炭在超级电容器中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种基于柚子瓣膜的多孔活性炭的制备方法，所述方法如下：

将柚子瓣膜洗净、冻干后加入磷酸水溶液中，进行水热反应，所述水热反应结束后离心取沉淀，将所述沉淀洗涤、烘干后进行碳化处理，获得前驱体，将所述前驱体除杂后再次烘干制得多孔活性炭。