[发明专利]一种将废弃生物质材料转化为碳纳米管的电化学方法

说明书

本发明提供一种将废弃生物质材料转化为碳纳米管的电化学方法，属于碳材料和生物资源利用技术领域。所述方法以石墨棒或者具有导电性能的材料为阳极，以煅烧后废弃生物质材料为阴极，在MX熔盐中通过控制电位、时间、温度及催化剂的量的条件，从而通过电解的方法去除废弃生物质材料中的氧、氮等杂质元素，进而在低温下实现了煅烧后废弃生物质材料向碳纳米管的转化。本发明提供的技术方案是以废弃的生物质作为碳源，通过电化学方法将其转化为可高效利用的石墨材料；该方法具有成本低廉、制备工艺简单、无毒、绿色环保等优点，可应用于新能源领域中，实现资源的高效利用。

技术领域

本发明涉及碳材料和生物资源利用技术领域，尤其涉及一种将废弃生物质材料转化为碳纳米管的电化学方法。

背景技术

目前，随着人口的快速增长和社会的不断发展，传统资源的消耗越来越大，不能满足人们的需要，环境问题也变得日益严重。因此，清洁可再生资源的开发和利用是解决传统资源短缺的重要途径。

众所周知，生物质资源因其可再生性及丰富的碳含量为碳材料的发展提供了充足的原料来源。

而碳材料中的碳纳米管可看作是片状石墨烯卷成的圆筒，其两端由富勒烯半球封帽而成。碳纳米管不仅继承了石墨优良的导电特性，而且是极其少见的具有大长径比、可以稳定存在且具有一定刚性的一维体系，这种独特的结构决定了它具有非常优异的物理和化学性质。

通常，碳纳米管的制备方法多以电弧法、激光烧蚀法和化学气相沉积法为主。然而这些方法过程复杂，工艺冗繁，成本较高；并不利于绿色环保的工业生产，且现有技术中并不存在以废弃生物质作为原料的碳纳米管的低成本简单制备方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中并不存在利于绿色环保的工业生产的以废弃生物质作为原料的碳纳米管的低成本简单制备方式。

本发明提供一种将废弃生物质材料转化为碳纳米管的电化学方法，所述方法以石墨棒或者具有导电性能的材料为阳极，以煅烧后废弃生物质材料为阴极，在MX熔盐中通过控制电位、时间、温度及催化剂的量的条件，从而通过电解的方法去除废弃生物质材料中的氧、氮等杂质元素，进而在低温下实现了煅烧后废弃生物质材料向碳纳米管的转化。

优选地，所述电化学方法具体是按照以下步骤进行的：

S1、将废弃生物质材料放入卧式炉中，在惰性气氛保护下升温到600～750℃，保温1-3h，得到一种含碳前驱体材料；

S2、向S1中得到的含碳前驱体材料中添加少量的催化剂，经搅拌、烘干、研磨得到成分均匀的粉末；

S3、对S2中得到的粉末进行压块并在多孔集流体的包裹下作为阴极，以石墨棒或者其它导电材料作为阳极，以含MX熔盐的单盐或混合盐为电解质，在500-1000℃之间，通入惰性气氛进行保护，用两电极体系或三电极体系进行电解得到产物；

S4、对S3中得到的产物经过多次稀酸洗、水洗和干燥处理，最终实现将废弃生物质材料转化为碳纳米管。

优选地，S3中用两电极体系进行电解时，阴阳极之间的电压控制在2.0～3.2V；用三电极体系进行电解时，阴阳极电位控制为-0.9～-1.9V vs.Ag/AgCl。

优选地，所述的废弃生物质材料为废棉花、树皮、树叶、竹子、花瓣、花生壳、木质素、秸秆中的一种或多种。

优选地，所述的含碳前驱体材料为至少含有C、O、N元素的材料。

优选地，所述的多孔集流体为泡沫镍、镍网、多孔不锈钢网中的任一种。

优选地，所述的其他导电材料阳极为氧化锡、钌酸钙、钌钛酸钙、铁酸镍中的至多两种。