[发明专利]一种催化生物质合成具有分级结构石墨烯的方法

说明书

本发明涉及制备石墨烯的技术领域，具体是一种催化生物质合成具有分级结构石墨烯的方法，具体步骤如下：S1、原料；S2、催化；S3、高温活化；S4、洗涤；与现有技术相比，通过小分子有机化合物类生物质资源可有效替代化石资源化学品，具有显著的社会、经济和环境意义，相对于传统的石墨烯制备工艺复杂、设备成本高、产能低类缺点严重制约了石墨烯产业的快速发展，本发明以清洁廉价的可再生生物质资源为原料催化制备石墨烯，且催化剂廉价易得，可部分替代传统技术利用的化石资源，显著增加石墨烯产业的可持续性。

技术领域

本发明涉及制备石墨烯的技术领域，具体是一种催化生物质合成具有分级结构石墨烯的方法。

背景技术

生物质作为唯一的可再生碳原料，通过热化学或生物化学分解，可产生很多有价值的有机化合物，如葡萄糖、木糖、苯丙烷单体及二聚体、有机酸、醛、醇、糠醛、乙酰丙酸、木糖醇、甲壳素、纤维素、木质素等，这些小分子有机化合物可有效替代化石资源化学品，具有显著的社会、经济和环境意义，己成为许多国家的重要发展战略和科学研究热点。

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维结构的新材料。石墨烯自被发现就成为了碳纳米家族的明星。结构决定性质,其特殊结构赋予其独特的光学、电学、力学、热学性质。石墨烯在能源、电子信息、功能材料、航天航空、生物医药、节能环保等诸多领域的深入研究在逐步展开。目前，石墨烯被广泛的应用到各领域中，使得国内外石墨烯的需求量呈现逐年快速增长的趋势。

目前石墨烯制备工艺复杂、设备成本高、产能低等缺点严重制约了石墨烯产业的快速发展。以清洁廉价的可再生生物质资源为原料催化制备石墨烯，可部分替代传统技术利用的化石资源，显著增加石墨烯产业的可持续性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种催化生物质合成具有分级结构石墨烯的方法。

一种催化生物质合成具有分级结构石墨烯的方法，具体步骤如下：

S1、原料：准备原料，放入固定床中进行高温热解反应，得到炭化料；

S2、催化：将原料或将步骤S1中的炭化料与碱金属或碱土金属的氧化物或氢氧化物或盐类催化剂混合，原料或炭化料与催化剂质量比为1:0.2-1:10；

S3、高温活化：将步骤S2中获得的混合料放入固定床中进行高温活化，制备得到具有分级结构石墨烯；

S4、洗涤：将步骤S3中获得的石墨烯用0.2-4mol/L HCl或HNO₃或HF水溶液洗涤，然后再用蒸馏水洗涤至中性，把洗好的石墨烯放入鼓风干燥箱于80℃-120℃干燥12h。

所述的步骤S1中原料为：葡萄糖、蔗糖、淀粉、半纤维素、纤维素、木质素、琼脂、甲壳素类生物质资源中的一种或任意几种混合。

所述的步骤S1中热解条件为：惰性气氛为N₂、Ar或He类一种或几种混合，热解温度为400-1200℃，升温速率为1-50℃/min，热解时间为0-10h。

所述的步骤S2中催化剂为K₂O、KCl、KBr、KOH、Na₂O、NaCl、NaBr、NaOH、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、CaO、MgO、Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、CaCO₃、MgCO₃、CaHCO₃、MgHCO₃、CaCl₂、MgCl₂类中的一种或几种混合。

所述的步骤S2的原料或炭化料与催化剂的比例为1:0.2-1:10，该比例为质量比。