[发明专利]生物质碳膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种生物质碳膜的制备方法，其特征在于，将木质素含量为10%～20%的生物质切割成预定厚度、预定形状的生物质薄片，并固定压制在两块定型模具之间，然后将生物质薄片干燥，干燥后的生物质薄片首先在150 ℃～350 ℃的温度下预碳化2 h～15 h，预碳化后的生物质薄片在750 ℃～1050 ℃温度下深度碳化0.5 h～5 h，深度碳化后的生物质薄片冷却后，依次经至少一次盐酸酸洗、至少一次醇洗和至少一次水洗后，烘干，得到生物质碳膜。

2.如权利要求1所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 将木质素含量为10%～20%的生物质切割成预定厚度、预定形状的生物质薄片；

S2. 将所述生物质薄片用去离子水冲洗若干次后，固定压制在两块定型模具之间，干燥，得到干燥生物质薄片；

S3. 将所述干燥生物质薄片在150 ℃～350 ℃的温度下预碳化2 h～15 h，得到预碳化生物质薄片；

S4. 将所述预碳化生物质薄片在750 ℃～1050 ℃温度下，惰性气体氛围中，深度碳化0.5 h～5 h，冷却，得到粗生物质碳膜；

S5. 所述粗生物质碳膜首先用稀盐酸超声洗涤若干分钟，然后用乙醇或甲醇超声洗涤若干分钟，接着用大量去离子水超声洗涤，最后干燥，制备生物质碳膜。

3.如权利要求1或2所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，所述定型模具为刚玉板。

4.如权利要求2所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，所述“木质素含量为10%～20%的生物质”为萝卜或莴笋。

5.如权利要求1或2所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，所述生物质薄片的厚度为0.5 mm～1 mm。

6. 如权利要求2所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，步骤S3中，对干燥生物质薄片进行预碳化过程中，以5±2 ℃·min^-1的升温速率将温度升高至150 ℃～350 ℃。

7.如权利要求2所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，步骤S4中，对预碳化生物质薄片进行深度碳化的过程中，以5±2 ℃·min^-1的升温速率将温度升高至750 ℃～1050℃。

8.如权利要求2所述的生物质碳膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11. 将萝卜或莴笋沿垂直生长方向切割成厚度为1mm的、预定直径的圆形薄片，制备萝卜基或莴笋基生物质薄片；

S21. 将所述生物质薄片用去离子水冲洗若干次后，固定压制在两块刚玉板之间，真空冷冻干燥，得到含水率≤5%的干燥生物质薄片；

S31. 将压制在两块刚玉板之间的所述干燥生物质薄片转移至马弗炉中，以5±2 ℃·min^-1的升温速率将马弗炉内温度升高至260 ℃，并在260 ℃温度下保持6 h，降温至室温，得到具有宏观结构的中间体预碳化生物质薄片；

S41. 将压制在两块刚玉板之间的预碳化生物质薄片转移至管式炉中，在流速为40 mL·min^-1的氮气气氛保护下，以5±2 ℃·min^-1升温速率将管式炉内温度升高至1000 ℃，并在1000 ℃温度下保持2 h，在氮气氛围下，冷却至室温，得到粗生物质碳膜；

S51. 将所述粗生物质碳膜首先用2 mol/L的稀盐酸超声洗涤30 min，然后用乙醇超声洗涤若干次，接着用去离子水超声洗涤至中性，最后在60 ℃的真空烘箱中干燥12 h，即制得生物质碳膜。

9.一种生物质碳膜，其特征在于，由如权利要求1～8中任意一项所述的生物质碳膜的制备方法制备所得。

10.一种如权利要求9所述的生物质碳膜作为超级电容器电极材料的应用。