[发明专利]生物质燃烧合成石墨烯制备方法及其应用

说明书

生物质燃烧合成石墨烯制备方法及其应用，本发明涉及固体废弃物处理领域和化工合成技术领域。本发明采用燃烧合成的方法利用生物质制备石墨烯；所制备的石墨烯可作为超级电容器材料的应用。本发明将自然界中普遍存在利用价值低的生物质资源化利用制备成石墨烯，降低了工业合成石墨烯的生产成本，从而在催化剂、复合材料、电化学等领域有重要的潜在应用。本发的工艺简单，原料廉价，设备要求和操作非常简单，易于进行批量化生产，增加生物质材料的合理资源化利用方法。

技术领域

本发明属于化工合成技术领域；具体涉及一种生物质燃烧合成石墨烯制备方法。

背景技术

生物质是指通过光合作用形成的各类有机体，包括各类动植物，微生物和农业附产品等。我国每年农作物副产品产量巨大，其中小麦、水稻、玉米秸秆等多达五亿吨。林业副产品中的木屑、锯末，食品行业的果壳、果皮数量也与日俱增。如果将这些农林业副产物、食品废弃物焚烧、直接填埋，无疑会造成环境的污染和资源的极大浪费。因此随着化石能源的日益缺乏和环境污染的日益加剧，生物质的资源合理化利用受到研究者的广泛关注

若能将木材、林农业废弃物、各类植物、动物粪便、过期和变质的粮食和食物、城市和工业废弃物等生物质通过加工而成的碳产物将是一个很好解决方法。

目前，生物质制备石墨烯的方法主要是高温碳化的方法，实现步骤简单，批量化生产而且生产质量较好的石墨烯是一直以来的研究目的，但高温碳化法往往需要气体保护而且需要活化过程，工艺相对较复杂，成本较高。而现有的利用燃烧合成方法，与利用生物质作为碳源相比，成本相对较高，增大了规模化生产的成本。还原剂使用也过于单一。

发明内容

本发明解决当前生物质的应用存在可资源化利用率低，而且制备的产品相对附加值较低，经济效益较差的技术问题而提供了生物质燃烧合成石墨烯制备方法。本发明以木屑，秸秆等常见低成本农林废弃物作为原料，采用燃烧合成的方法制备石墨烯。本发明避免将农林业副产物焚烧填埋，变废为宝。而且解决了石墨烯制备工艺复杂，成本较高等问题，发挥了石墨烯在催化剂、复合材料、储能等领域有重要的潜在应用。

本发明在现有利用以上碳源为原料制备石墨烯的专利上进行碳源的进一步低成本化，采用自然界普遍存在缺少利用价值的生物质材料作为碳源，有利于废物利用与大规模生产。

为解决上述技术问题，生物质燃烧合成石墨烯制备方法如下：将生物质粉末与还原剂混合均匀后，在燃烧合成气氛下进行燃烧合成反应，再依次经酸洗、水洗、干燥处理，即得到石墨烯。

进一步限定，按重量份数将0.5～5份的生物质粉末与1份的还原剂后混合均匀。

进一步限定，所述生物质粉末为植物的根、植物的茎、植物的叶、植物的果皮、植物的果实、植物的果壳、植物的种子、过期或变质的的粮食、过期或变质的食物、鱼骨、鱼鳞、藻类、木屑、废纸中的一种或任意几种组合；组合时按任意比进行；

所述植物的茎为秸秆、麦秆、豆秆、棉花秆、甘蔗渣中的一种或任意几种组合，组合时按任意比进行；

所述植物的叶为麦草、稻草、树叶中的一种或任意几种组合，组合时按任意比进行；

所述植物的果皮为稻壳、柚子皮、椰壳、核桃壳、花生壳、栗子壳、谷壳、槟榔壳中的一种或任意几种组合，组合时按任意比进行；

所述植物的果实为香蕉、苹果、菠萝、葡萄中的一种或任意几种组合，组合时按任意比进行；

所述植物的果壳为樱桃核、太阳花种壳中的一种或任意几种组合，组合时按任意比进行。

进一步限定，所述还原剂为金属镁、金属铝、金属钙中的一种或任意几种组合，组合时按任意比进行；

进一步限定，燃烧合成气氛为氩气、氦气、二氧化碳、氮气、空气中一种或任意几种混合，气压控制在0.001Pa～20Mpa；