[发明专利]一种利用香蕉皮制备碳泡沫的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用香蕉皮制备碳泡沫的方法。用本发明的方法制备的碳泡沫的比表面积在300m²/g以上，生产工艺简便易控、成本低廉。

背景技术

碳泡沫是一种新型碳材料，具有高比表面积、可调节的热导率及电导率、低热膨胀系数、高比热容、耐腐蚀等优异的性能，在热处理、电化学双层电容器和燃料电池的电极材料、催化剂及催化剂载体等领域有着重要而又非常广阔的应用前景。在制备碳泡沫时，碳源的性质和制备的工艺条件往往会对碳泡沫的微观结构和物理特性产生较大的影响。因此，自从碳泡沫问世以来，众多研究者都积极探索碳泡沫的制备方法。目前，报道较多的碳泡沫制备方法是将各种沥青或煤等前驱体经过高温软化后，采用高温发泡法制得。例如“Process for making carbon foam”(US Patent 6033506，2000)、“一种沥青碳泡沫材料的制备方法”(中国发明专利，申请号：200510027824.9)、“制备碳泡沫体的方法”(中国发明专利，申请号：01816776.4)、Method for producing carbon foam and graphite foam(Japan patent 2003286019，2003)、“一种高强度煤焦油沥青碳泡沫材料的制备方法”(中国发明专利，申请号：200710173126.9)、“一种高强度绝热沥青碳泡沫的制备方法”(中国发明专利，申请号：10173127.3)等，这些方法能制得性能各异的碳泡沫，但其制备的局限在于：需要高压设备，前驱体大都需要300～500℃甚至更高的温度条件的预处理，需要添加发泡剂等，生产成本较高。此外，由于发泡过程不易控制，导致了碳泡沫结构不易控制，在一定程度上限制了碳泡沫的应用。

发明内容

本发明的目的是公开一种利用香蕉皮制备碳泡沫的方法，用本发明的方法制备的碳泡沫，拥有较大的比表面积，而且质量稳定，工艺简单，成本低廉。

具体的制备方法是按如下步骤进行的：先配制0.5～4mol/L的硝酸锌溶液，再量取香蕉皮∶硝酸锌溶液＝1∶1～100质量比，接着将香蕉皮置于硝酸锌溶液中，在20～100℃下浸渍1～60h，然后取出浸渍后的香蕉皮，在50～100℃温度下干燥1～24h后，将干燥后的香蕉皮放在管式炉中，惰性气氛的保护下，按1～60℃/min的升温速率加热至600～1400℃后在600～1400℃下炭化0.5～10h，最后取出炭化物用0.5～4mol/L的稀硝酸或去离子水洗涤，得到碳泡沫。

上述惰性气为氮气或氩气。

本发明的优点是：

1.本发明以香蕉皮为原料，香蕉皮中存在丰富的微孔网络和孔道，所制得的碳泡沫保留了香蕉皮中的大部分孔道，因而产物具有较大的比表面积。

2.本发明将香蕉皮浸渍在硝酸锌溶液中，能吸附大量的锌离子。被吸附的锌离子能与香蕉皮中富含的木质素、纤维素、果胶、蛋白质等形成含锌配合物。在炭化过程中，这些含锌配合物能制造大量的孔洞，进一步提高了碳泡沫的比表面积。

3.本发明以香蕉皮为原料，香蕉皮是常见的生活废弃物，来源广泛，成本低廉；此外，使用香蕉皮为原料制备碳泡沫有利于节能和环保。

4.本发明所用的硝酸锌在炭化过程中转化为氧化锌或锌，将其溶解于稀硝酸中后能够得到硝酸锌溶液，从而可以循环利用，降低了成本。

5.本发明工艺简单，过程清洁，制得的碳泡沫质量稳定，具有较高的比表面积。

具体实施方式

实施例1

配制0.5mol/L的硝酸锌溶液，按照香蕉皮和硝酸锌溶液质量比1∶100的比例量取，将香蕉皮置于硝酸锌溶液中于20℃浸渍60h。将浸渍所得香蕉皮在50℃温度干燥24h后，放在管式炉中，氮气氛的保护下，按1℃/min的升温速率将干燥后的香蕉皮加热至600℃，然后炭化10h，用0.5mol/L的稀硝酸洗涤产物后得到碳泡沫。经过检测，该碳泡沫具有300m²/g以上的比表面积。

实施例2

配制4mol/L的硝酸锌溶液，按照香蕉皮和硝酸锌溶液质量比1∶1的比例量取，将香蕉皮置于硝酸锌溶液中于100℃浸渍1h。所得香蕉皮经100℃温度干燥1h后，在管式炉中，氩气氛的保护下，按60℃/min的升温速率将干燥后的香蕉皮加热至1400℃，然后炭化0.5h，用去离子水洗涤产物后得到碳泡沫。经过检测，该碳泡沫具有300m²/g以上的比表面积。

实施例3