一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)能是指由植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定并貯藏體內(nèi)的能量。生物質(zhì)有機(jī)體是太陽能最主要的載體。當(dāng)太陽照射到地球上，一部分轉(zhuǎn)變成熱能，因?yàn)檗D(zhuǎn)換成熱能的能量密度很低，不容易富集，只有極少可以被人類利用。而另一部分則被生物質(zhì)通過光合作用，轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，這些能量是人類生存和發(fā)展所需的，同時(shí)也是人類最主要的可再生能源之一。隨著化石能源短缺和化石燃料所帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染，開發(fā)以生物質(zhì)為重要組成部分的可再生能源已經(jīng)刻不容緩。
[0003]近年來，很多科學(xué)家都在致力于新型生物質(zhì)類納米碳材料的制備及其潛在應(yīng)用的研究。如用利用芒草、梧桐皮、絲瓜絡(luò)、油菜籽、青竹等為原料制備作為超級(jí)電容器儲(chǔ)能納米碳材料，但是上述方法制備的工藝繁瑣，成本高，生產(chǎn)出的納米碳材料可塑性差，易團(tuán)聚比表面積較低，孔隙少以及儲(chǔ)能方面差。另外本發(fā)明前期選擇海藻和竹筍作為碳源，其缺點(diǎn)在于孔隙結(jié)構(gòu)差，現(xiàn)利用杏鮑菇制備出的超級(jí)電容器儲(chǔ)能納米碳材料，很好的解決了上述問題，具有更好的比容量和倍率性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有生物質(zhì)制備多孔納米碳材料工藝繁瑣，成本高，生產(chǎn)出的納米碳材料可塑性差，易團(tuán)聚比表面積較低，孔隙少以及儲(chǔ)能方面差的問題，而提供一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法。
[0005]本發(fā)明的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，具體是按以下步驟操作的:
[0006]一、稱取5?10份杏鮑菇，放入高溫爐中熱處理，進(jìn)行預(yù)碳化，并持續(xù)通入保護(hù)氣體；其中，熱處理?xiàng)l件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至300?600°C，氣體流量為30?200mL/min，保溫30?60min ；
[0007]二、稱取步驟一得到的預(yù)碳化杏鮑菇溶于溶劑中，加入活化劑，并在恒溫下進(jìn)行攪拌2?10h，得到前驅(qū)體；其中，預(yù)碳化杏鮑菇與活化劑的質(zhì)量比為1:1?5 ;恒溫?cái)嚢璧臈l件為:溫度為30?50 °C、攪拌速度為50?300r/min ；
[0008]三、步驟二得到的前驅(qū)體進(jìn)行冷凍干燥得到中間產(chǎn)物；其中凍干機(jī)條件為:凍干機(jī)的溫度為_55°C，氣壓為O?150pa ；
[0009]四、將步驟三得到的中間產(chǎn)物放入高溫爐中進(jìn)行二次熱處理，并持續(xù)通入保護(hù)氣體；其中，熱處理?xiàng)l件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至600?1400°C，氣體流量為30?200mL/min，保溫30min?60min ；
[0010]五、將步驟四所得產(chǎn)物浸泡在酸溶液中，并超聲處理30min?180min ;其中，酸溶液的質(zhì)量濃度為30%?60% ;
[0011]六、步驟五中酸溶液處理后的產(chǎn)物離心洗滌，用蒸餾水洗至pH為7.0 ;其中，離心洗滌的條件為:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為4000?4500r/min的條件下，離心3min ；
[0012]七、步驟六離心洗滌所得的產(chǎn)物進(jìn)行真空干燥，得終產(chǎn)物，即為以杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料；其中，真空干燥條件為:在真空干燥箱中溫度為60?80°C的條件下干燥8?12h，真空度為O?-0.05MPa。
[0013]進(jìn)一步地，步驟一中熱處理?xiàng)l件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至300?600°C，氣體流量為30?200mL/min，保溫30?60min。
[0014]進(jìn)一步地，步驟二中所述的溶劑為蒸餾水、甲醇、無水乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種按任意比例混合而成的混合物。
[0015]進(jìn)一步地，步驟二中所述的活化劑為氫氧化鉀、磷酸、氯化鋅、硫酸、硫化鉀、氯化鋁、氯化銨、硼酸鹽、硼酸、氯化鈣、氫氧化鈣、氯化氫、硝酸、三氧化二磷、高錳酸鉀、氫氧化鈉中的一種或幾種按任意比混合而成的混合物。
[0016]進(jìn)一步地，步驟二中所述的杏鮑菇與活化劑的質(zhì)量比為1:5、1:4、1:3、1:2或1:1。
[0017]進(jìn)一步地，步驟二中恒溫?cái)嚢璧臈l件為:溫度為30?50°C、攪拌速度為50?300r/mino
[0018]進(jìn)一步地，步驟三中凍干機(jī)條件為:凍干機(jī)的溫度為_55°C，氣壓為O?150pa。
[0019]進(jìn)一步地，步驟一和四中所述的保護(hù)氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣、一氧化碳中的一種或者其中幾種按任意比例混合而成的氣體。
[0020]進(jìn)一步地，步驟四中熱處理?xiàng)l件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至600?140CTC，氣體流量為30?200mL/min，保溫30min?60min。
[0021]進(jìn)一步地，步驟五中所述的酸溶液質(zhì)量濃度為30%?60%，其中，酸溶液為鹽酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液或者醋酸溶液，產(chǎn)物與酸溶液的質(zhì)量體積比為Ig:20mL。
[0022]進(jìn)一步地，步驟五中所述的超聲30min?2h，是在超聲頻率為3?30KHz、超聲功率為200?700W條件下進(jìn)行的。
[0023]進(jìn)一步地，步驟六中所述產(chǎn)物離心洗滌，用蒸饋水洗至pH為7.0。
[0024]進(jìn)一步地，步驟六中所述離心洗滌的條件為:在離心機(jī)轉(zhuǎn)速為4000?4500r/min的條件下，離心3min。
[0025]進(jìn)一步地，步驟七中所述的真空干燥條件為:在60?80°C的溫度下真空干燥8?12h0
[0026]進(jìn)一步地，步驟七中所述的真空干燥的真空度為O?-0.05MPa。
[0027]根據(jù)前述方法制備得到的以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料。
[0028]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0029]1、本發(fā)明制備的多孔納米碳材料，可用于超級(jí)電容器的電極材料，在0.5A g1的電流密度下比電容可達(dá)到345F/g。
[0030]2、本發(fā)明通過二次熱處理方法合成多孔的的納米碳材料，與生產(chǎn)工業(yè)上高溫的制備方法相比較，反應(yīng)溫度為300?1400°C，所需燃料少，對(duì)所需設(shè)備要求低，降低了生產(chǎn)成本。
[0031]3、本發(fā)明的碳源為杏鮑菇，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，其碳含量較高，具有很好的孔隙結(jié)構(gòu)，使其與其他類型的生物質(zhì)新型能源存儲(chǔ)材料(芒草、梧桐皮、絲瓜絡(luò)、油菜籽、青竹)相比顯示出優(yōu)越性能。
【附圖說明】
[0032]圖1是實(shí)施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C XRD圖；
[0033]圖2是實(shí)施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的拉曼圖；
[0034]圖3是實(shí)施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的恒流充放電圖；
[0035]圖4是實(shí)施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的掃描電子顯微鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明技術(shù)方案不局限與以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0037]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，具體是按以下步驟操作的:
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