[发明专利]炭材料的制备方法、炭材料及应用

说明书

本发明公开了炭材料的制备方法、炭材料及应用，涉及炭材料技术领域。炭材料的制备方法通过在不同浓度的表面活性剂溶液中加入包覆剂，在搅拌蒸发的条件下表面活性剂形成聚集体并被包覆剂包覆形成包覆物，将包覆物进行热解炭化得到炭化物，利用包覆剂的包覆使材料在炭化过程中不会出现集聚，得到均匀的炭材料。本发明为炭材料的制备提供新思路，节省了木材、煤炭和椰壳等资源，且可以通过控制表面活性剂溶液的浓度控制得到炭材料的形貌，实现了准确控制炭材料形貌的目的，具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明涉及炭材料技术领域，具体而言，涉及炭材料的制备方法、炭材料及应用。

背景技术

表面活性剂是一种一端亲油一端亲水的两亲分子，具有工业味精之称。表面活性剂一般可分非离子表面活性剂、两性表面活性剂、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂四类。目前，针对表面活性剂的研究主要是集中在新型双分子表面活性剂、表面活性剂的降解和表面活性剂作为助剂的应用，但在表面活性剂的热解方面研究甚少。

2020年全球表面活性剂销售额达446亿美元，在我国洗涤剂和化妆品行业是表面活性剂消耗量较大的两大行业。在使用过程中势必导致大量的表面活性剂以液体和固体的形式进入废物处理过程，对环境造成伤害对资源造成浪费。

目前，在炭材料制备过程中，主要以木材、煤、各种坚果壳等含碳元素丰富的物质为原料，制备各种炭材料成为国内外学者的一个研究热点。但是，当前想制备出可以准确控制炭材料形貌的技术还不够成熟。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供炭材料的制备方法、炭材料及应用，旨在提供一种新的炭材料的制备方法，为炭材料的制备提供新思路。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种炭材料的制备方法，在搅拌蒸发的条件下，将包覆剂逐渐加入至表面活性剂溶液中，使包覆剂包覆于表面活性剂聚集体上形成包覆物；将包覆物进行热解；

其中，表面活性剂溶液的浓度大于或等于0.8倍的临界胶束浓度。

在可选的实施方式中，将固态的包覆剂逐渐加入至表面活性剂溶液中，当体系中出现结晶时停止加入包覆剂，通过搅拌结晶使水分蒸干则得到包覆物；优选地，搅拌速率为200-500r/min，更优选为250-350r/min。

在可选的实施方式中，表面活性剂溶液的浓度为0.9-50倍的临界胶束浓度；优选为0.95-20倍的临界胶束浓度。

在可选的实施方式中，表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基二甲基苄基氯化铵、烷基二甲基甜菜碱、聚氧乙烯烷基酰醇胺和氨基丙酸衍生物中的至少一种。

在可选的实施方式中，包覆剂选自无机盐或无机碱中的至少一种；优选地，包覆剂选自氯化钠、氯化钾、氯化锌、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。

在可选的实施方式中，热解是控制热解温度为300-1000℃；优选为400-500℃；优选地，热解的过程中，是以80-120℃/h的速率升温至热解温度，再保温0.5-1.5h。

在可选的实施方式中，通过控制表面活性剂溶液的浓度制备特定形貌的炭材料：

通过控制表面活性剂溶液的浓度低于2倍cmc值，以制备得到碳量子点；

通过控制表面活性剂溶液的浓度为2-10倍cmc值，以制备得到球状材料；

通过控制表面活性剂溶液的浓度为10-20倍cmc值，以制备得到棒状材料；

通过控制表面活性剂溶液的浓度高于20倍cmc值，以制备得到气凝胶材料。