[发明专利]一种基于废弃烟杆的高比表面积碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于碳材料的技术领域，公开了一种基于废弃烟杆的高比表面积碳材料及其制备方法与应用。所述制备方法：将烟杆进行预处理，碳化，活化，获得烟杆活性炭即高比表面积碳材料；所述活化的活化剂为KOH。所述高比表面积碳材料在电极材料和污水处理中的应用。所述电极材料是将烟杆活性炭与硫脲在水中混合均匀，干燥，获得混合物；保护性氛围下，将混合物于700～900℃保温1～3h，后续处理，获得电极材料。本发明将烟杆生物废料加以利用，既减少活化剂的用量，又能获得优异性能的碳材料。本发明的碳材料比表面积高，对污水中污染物去除率高；而且所获得的电极材料具有较高的导电性和较高的电容。

技术领域

本发明属于碳材料的技术领域，具体涉及一种废弃烟杆的高比表面积碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

双电层电容器(EDLC)因其具有较高的能量密度和功率密度而广泛应用于混合动力汽车或燃料电池电动汽车的辅助电源。其中高比表面积的活性炭因为具有比表面积大、导电性良好等特点，成为EDLC应用最广泛的电极材料；另外，活性炭还具有吸附量高、吸附速度快等优良性能，可广泛应用于空气净化、污水净化、有毒物质吸附及血液净化等领域。

目前，制约EDLC广泛应用的一个主要原因就是其相对昂贵的价格，为了降低成本，通常通过研究各种活化方法，用来开发具有高比表面积和高孔隙率的活性碳材料，以提高EDLC的功率和能量密度。但是，活性炭的孔隙性质不仅取决于炭化和活化的实验条件，还主要取决于前驱体的性质和结构，因此寻找适合制备高比表面积活性炭材料且成本更加低廉的原料成为解决这一问题的有效途径之一。

烟秆作为一种烟草生产过程中的废弃物，本身含有大量钾、钙、氮等元素，其原料来源丰富、成本低、具有天然的孔洞结构，在碳化后仍能够保持多孔形态，可作为开发高比表面积、多孔活性炭材料前体。然而，当前我国对烟草废弃物综合利用的途径少、程度低，只有少部分可用作造纸或发酵成肥料，造成自然资源的浪费和极大的环境污染。将烟杆废弃物综合利用，将其转化为生物质碳材料，不仅能解决其废料处置的难题，还能节约成本，为吸附材料、新能源材料提供新思路。目前科研工作者与产业界已经对椰子壳、竹竿、木屑等多种生物质废料进行了详尽的研究，但对烟草秸秆作为原料制备吸附材料和用于储能器件电极材料的研究还比较少。

专利申请CN200510010670.2《一种生产高比表面积活性炭的方法》公开了一种利用烟杆固体废弃物制备高比表面积活性炭的方法，这种方法将烟杆固体废弃物粉碎、干燥后，浸渍于KOH溶液得到浸渍物，所述烟杆废弃物与KOH溶液质量比为1∶1～1∶5；将所述浸渍物在600～800℃条件下微波活化得到活化料；将所述活化料与HCl溶液混合酸洗10-20分钟，再用80-85℃热蒸馏水洗涤后烘干得到活性炭。该方法制备所得活性炭比表面积仅为2000-2500m²/g，而本发明制备得到的活性炭比表面积为3732m²/g。

专利申请CN201910222121.3《一种利用烟杆所制备生物质硬碳及其制备方法》公开了一种利用废弃烟叶茎秆制备生物质硬碳的方法，在保护性气氛下，将烟杆在400～600℃条件下预热解1.5～2小时得到粗碳中间品；将所述粗碳中间品浸泡于KOH溶液中5～6h后过滤，过滤所得粉末浸泡于HCl溶液中5～10h后漂洗干燥得到硬碳材料纯品；将所述硬碳材料纯品置于微波炉中，微波真空活化10～15s得到活性炭。该方法使用的原料为废弃烟叶茎秆，而本发明原材料为出去烟叶后的废弃烟杆，制备碳材料、活性炭方法也有差异。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于废弃烟杆的高比表面积碳材料及其制备方法。本发明将烟杆生物废料加以利用，制备具有高比表面积和多级孔径的烟杆活性炭材料。本发明以烟杆为原料，既可以减少活化剂的用量，又能获得优异性能的碳材料。

本发明的另一目的在于提供上述高比表面积碳材料的应用。所述高比表面积碳材料在电极材料和污水处理中的应用。