[发明专利]基于毛竹笋壳的生物质碳材料的制备方法及其在无隔膜超级电容器中应用

说明书

本发明公开了基于毛竹笋壳的生物质碳材料的制备方法及其在无隔膜超级电容器中应用，生物质碳材料通过选用生物质笋壳作为碳源，通过高温碳化和KOH活化制备出具有高性能的生物质碳材料；制得的生物质碳材料微观结构由片状结构转变为类蜂窝状结构，比表面积大，作为电极材料使用具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及基于毛竹笋壳的生物质碳材料的制备方法，还涉及制得的生物质碳材料及其应用。

背景技术

随着社会进步及经济发展，绿色、环保、可再生能源成为了人们关注的重点。超级电容器作为一种新型的储能器件，具有大容量、高功率、寿命长、低成本、环境友好等性能，在汽车及火车制动能量回收、远航导航灯、太阳能路灯等电流输入波动性大，对储能器件寿命要求高的领域具有广泛的应用前景。

电极材料是超级电容的核心部分，活性炭是双电层超级电容器的主要电极材料，其性能的优劣决定了超级电容器器件的主要性能。生物质活性炭具有来源广泛、可持续再生、低污染的特点。采用木耳、玉米秸秆心、核桃等生物质作为前驱体制备的活性炭材料具有较好的电化学储能特性。如武敬等以丝瓜络生物质为前驱体，以H₂O₂和NaOH对其进行预处理，所的基碳有着分级多孔管状结构；再采用KOH和ZnCl₂为活化剂对基碳进行活化所获得的丝瓜络基活性炭，其比表面积高达3400m²/g，在0.5A/g电流密度下比电容为178F/g。何天启等以杏胡壳生物质为原料，采用高温碳化法以及表面硝酸氧化改性的方法制备了活性炭材料，其比电容达到了196F/g。

竹类在我国资源非常丰富，不管是竹类资源还是竹林面积在世界都位于前列。其竹笋壳是竹子成长后的副产物，其产量也是非常巨大。而笋壳主要由纤维素，半纤维素和木质素组成，其化学成分与竹子相似，具有天然的多孔微观结构，是制备活性炭材料的优良前驱体。因此对笋壳价值的忽略，会导致大量的生物资源被浪费，所以对笋壳资源的开发不仅可以缓解这一问题，还可以为各领域提供新型生物质材料。

因此，有必要对笋壳生物质活性碳材料的储能特性，期望为储能用活性炭领域提供一种成本低廉、性能优良的活性炭材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供基于毛竹笋壳的生物质碳材料的制备方法；本发明的目的之二在于提供由所述的制备方法制得的生物质碳材料；本发明的目的之三在于提供所述生物质碳材料在制备电极材料中的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、基于毛竹笋壳的生物质碳材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将干燥的笋壳粉碎成小于100目的材料，得笋壳粉末；

2)将步骤1)制备的笋壳粉末在氮气氛围保护下进行高温碳化，然后加入过量的盐酸去除杂质，水洗至中性，获得碳化材料；

3)将步骤2)的碳化材料加入活化剂KOH，充分研磨混合6-8h，再在800℃下、氮气保护氛围中进行活化反应，反应后用盐酸浸泡，去除KOH，水洗至清洗液呈中性，过滤，干燥，得到生物质活性炭材料。

优选的，步骤1)中，所述干燥是将笋壳切片后，-20℃下预冷冻1-3h；再在-55℃下，真空冷冻干燥8-12h。

优选的，步骤2)中，所述碳化为在700～1000℃下碳化。

优选的，步骤3)中，所述碳化材料与活化剂KOH的质量比为1:1～2。

2、由所述的制备方法制得的生物质碳材料，所述生物质碳材料微观结构为类蜂窝状结构。

优选的，所述生物质碳材料的比表面积为1129m²/g。

3、所述生物质碳材料在制备电极材料中的应用。