[发明专利]根茎类中药渣基多孔炭电极材料及其制备与应用

说明书

本发明属于电化学材料的技术领域，公开了根茎类中药渣基多孔炭电极材料及其制备与应用。方法：1)炭化：在保护性氛围下，将根茎类中药渣进行预炭化，获得预炭化产物；所述根茎类中药渣为地榆、丹参、粉萆薢、党参、柴胡、黄芩、漏芦和何首乌中一种以上；2)活化：将预炭化产物与活化剂混匀，在保护性氛围下进行活化热解，后续处理，获得根茎类中药渣基多孔炭电极材料。本发明的根茎类中药渣多孔炭电极材料比表面积高，含有丰富的微孔；其制备的电极结构稳定、并具有较高的容量以及循环稳定性，改善了现有多孔炭制备工艺，实现了中药渣资源化利用。本发明的电极材料在超级电容器和/或锂离子电池中应用，用于制备电极。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及根茎类中药渣基多孔炭电极材料及其制备与应用。

背景技术

中药作为中华民族的文化瑰宝之一，已经传承发展了数千年，在预防和治疗多种疾病方面具有巨大潜力，中药也是现代药物研究和创新的重要资源。自2015年诺贝尔医学奖获得者屠呦呦从中药青蒿中提取出青蒿素起，中药引起了前所未有的关注，不少学者致力于将中草药研究系统化和标准化，中药的需求量也日益增加。我国中药及天然药用生物资源种植面积大，药材总量高，利用中药及天然药用生物资源进行制药、制配方颗粒、标准提取物和各类型的健康产品会产生大量的固体废弃物和副产物。大多数的中药渣主要通过焚烧或填埋处理，没有得到有效的利用，这不仅为环境带来压力，而且还造成了资源的浪费。

生物质炭是利用生物质作为前驱体制备的多孔炭材料，其优点在于来源广泛，制备技术简单，常作为超级电容器电极材料。本发明将中药渣制备成多孔炭材料，不仅改善了电极材料的电容性能而且有效推进中药渣的资源化利用，减轻中药废渣对生态环境带来的压力。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供了一种根茎类中药渣基多孔炭电极材料及其制备方法。本发明的中药渣基多孔炭利用根茎类中药渣作为前驱体，原料廉价易得，制备工艺简单，所获得的多孔炭材料比表面积丰富，所获得的多孔炭电极结构稳定、并具有较高的容量以及稳定性，实现中药渣的资源化利用。

本发明的另一目的在于提供上述根茎类中药渣基多孔炭电极材料的应用。所述根茎类中药渣基多孔炭电极材料用于制备超级电容器电极和/或锂离子电池，尤其是超级电容器。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

根茎类中药渣基多孔炭电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)炭化：在保护性氛围下，将根茎类中药渣进行预炭化，获得预炭化产物；所述根茎类中药渣为地榆、丹参、粉萆薢、党参、柴胡、黄芩、漏芦和何首乌中一种以上；所述根茎类中药渣为干燥的根茎类中药渣；

2)活化：将预炭化产物与活化剂混匀，在保护性氛围下进行活化热解，后续处理，获得根茎类中药渣基多孔炭材料。

步骤1)中所述保护性氛围为氩气或氮气；所述预炭化的温度为400～600℃；预炭化的时间为1～3h。

步骤2)中所述活化热解的温度为400～1000℃，优选为600～900，更优选为700～900℃；所述活化热解的时间为0.5～6h；根茎类中药渣基多孔炭与活化剂的质量比为1:(0.25～5)；活化剂为氢氧化钾。

预炭化产物在与活化剂混匀前进行粉碎研磨；所述混匀是指将预炭化产物与活化剂混合，研磨；所述研磨时长为5min～30min。

步骤2)中后续处理是指采用酸处理，水清洗至中性；所述酸为盐酸，所述盐酸浓度为1M；

所述根茎类中药渣基多孔炭电极材料用于制备电极。

所述电极主要由根茎类中药渣基多孔炭电极材料、导电物质和粘结剂制备而成；

所述导电物质为乙炔黑、科琴黑或石墨烯；所述粘结剂为PTFE溶液。