[发明专利]一种精确调节生物质基活性炭微孔结构的制备方法及制得的生物质基活性炭

说明书

本发明公开了一种精确调节生物质基活性炭微孔结构的制备方法及制得的生物质基活性炭。该方法包括：将生物质粉碎，得到生物质粉末；预处理，得到预处理后的生物质；在惰性气氛下将预处理后的生物质进行预碳化处理，得到碳化材料；将碳化材料与活化剂混合，研磨，得到混合物，在惰性气氛下进行活化处理，洗涤，烘干，完成对生物质基活性炭微孔结构的调节。本发明通过控制生物质中纤维素的分解程度，实现精确调控活性炭材料0‑2nm微孔数量的目的，其制备工艺简单，生产成本低且环保，所获得的活性炭材料比表面积高且可精确调控微孔数量，可根据不同应用场景针对性设计出合理的微孔结构，增强了活性炭材料在吸附、电化学以及储能等领域的适用性。

技术领域

本发明属于活性炭吸附领域，具体涉及一种精确调节生物质基活性炭微孔结构的制备方法及制得的生物质基活性炭。

背景技术

活性炭由于大的比表面积、优异的化学稳定性和热稳定性等诸多优点，使其广泛应用于各个领域。近来，各种生物质，例如贝壳，软木粉，木材，竹子和草药残渣，因成本廉价和供应量大等特点备受关注。活性炭孔结构特性决定了其用途，其中微孔结构是活性炭的主要活性位点，而介孔和大孔则起到传输传导的作用。因此对活性炭微孔的精确调控，有利于生物质基多孔炭针对性提升其有效位点的数量，因此能适用于吸附分离、催化剂载体、超级电容器、气体储存等各个方面。

目前，常用的生物质基活性炭调节孔径的途径主要包括改变活化温度、活化剂用量、活化时间以及综合各个因素之间的相互作用。然而，目前方法多数只制备大的比表面积活性炭（CN201710474784.5）或粗略调控微孔在总孔中的占比或集中程度（CN201911158704.0，CN201810641038.5等）。能对多孔炭材料微孔结构的精准调节目前只能通过MOF的制备来实现，而多孔炭材料的介孔结构精确设计则通过多孔有机材料的直接碳化和模板策略达成，但这两种实现途径由于其琐碎的步骤，原料成本过高或制备期间会造成二次污染以及难以工业化的特性阻碍了它们的进一步应用。

使用绿色环保的微生物途径去实现多孔碳微孔结构的精确调控呈现出其巨大潜力。其在吸附分离、催化剂载体、超级电容器、气体储存等方面具有重要的应用价值。例如，应用于吸附领域，可以根据吸附分子大小设计活性炭孔径大小，实现高效率吸附；应用于气体储存方面，可以根据需要存储气体的分子大小，设计出合理孔结构的活性炭，提高存储效率。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种精确调节生物质基活性炭微孔结构的制备方法及制得的生物质基活性炭。

针对现在生物质基活性炭难以精确控制微孔结构的现状，本发明通过简单的制备方法，能成功实现对活性炭微孔结构（0-2nm）的精确调控制，其造成本低、易操作、绿色环保、易于大规模生产，是具有潜力的活性炭微孔精确调控的方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明涉及精确调节生物质基活性炭微孔结构的方法及其应用，属于活性炭制备领域，该活性炭可以用于吸附领域、能源领域、催化领域。

本发明提供的精确调节生物质基活性炭微孔结构的方法中，活性炭材料通过控制分解纤维素的程度精确调控活性炭微孔结构，可调节孔径范围主要在0-2nm之间，处理后的生物质其纤维素结晶度越高、分子量越小，越易制备出孔径范围小的活性炭。

本发明提供的精确调节生物质基活性炭微孔结构的方法，包括如下步骤：

（1）生物质预处理：用清水洗净生物质表面杂质，将生物质粉碎，筛分，得到生物质粉末；将所述生物质粉末进行预处理，适宜条件下控制生物质纤维素分解程度，得到预处理后的生物质；

（2）在惰性气氛下将步骤（1）所述预处理后的生物质放入管式炉中升温进行预碳化处理，惰性气体作为保护气，得到碳化材料；