[发明专利]一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法，属复合材料领域。

背景技术

多孔碳是一类含有丰富孔结构和高比表面积的固体材料，还具有耐腐蚀、耐辐射、密度小、热变形小的特点，被广泛应用在航空、化工、医药、新能源等领域。微孔（直径小于2nm）碳材料能够有效吸附气体小分子或交换离子，常用于气体分离与净化、离子交换和水处理等方面。介孔（直径介于2-50nm）碳材料适合于吸附药物、染料等大分子，吸附效果最好，而且所产生的压力降小，可用作药物载具、吸附剂、离子快速交换电极材料等。大孔（直径大于50nm）碳材料的吸附能力较弱，但利于快速传输、大量分散负载生物大分子或者微生物等，是发挥生物机能的良好空间，还可用作蓄热、绝热、隔音材料等。自然界存在大量的多级孔结构的材料或者系统，例如植物的茎秆和动物的骨骼等，它们具有两种或两种以上尺度的孔道，孔隙结构精致，各级孔道联通，协同发挥各种孔道的传输优势，在输运不同物质、维持生命活动等方面发挥着重要作用。这些结构亦适于有大分子参与的裂解等反应过程，因而开发新型多级孔结构材料一直是国内外的研究热点（骨架状聚氨酯海绵模板导向制备氮掺杂多孔碳材料[J]. 化学进展,2014,26(12):1924-1929；化学进展,2012,24(Z1):262-274）。

以生物质材料作为碳源是制备多孔碳的常用方法，其中生物质材料有棉、蚕丝（Electrochimica Acta, 2017, 227:7-16，RSC Advances, 2017,7(22): 13383-13389，中国发明专利201510399394.7，刘芳芳. 生物质衍生掺杂碳基催化剂的制备及其氧还原电催化性能的研究[D].华南理工大学,2015）、西瓜皮、淀粉、酵母菌、法国梧桐絮、秸秆、稻草、树枝、甘蔗渣、荷叶（以荷叶制备多级孔碳硫复合正极材料及性能研究[J]. 无机材料学报,2016,31(02):135-140）、海藻酸（磁性多孔碳复合材料的简易合成及其吸附性能[J]. 华北理工大学学报(自然科学版),2017,39(03):25-31）、甘蔗、荔枝、虾壳、牛骨、酵母菌（生物质氮掺杂多孔碳材料的制备及其吸附水中磺胺二甲基嘧啶性能研究[D].江苏大学,2016）、浒苔（Advanced Functional Materials, 2016,26(46): 8487-8495）、海藻（天然生物前驱体制备微孔/介孔复合氮掺杂多孔碳材料及其电化学性能的研究[J]. 复旦学报(自然科学版),2012,51(05):650-658）、柳条（多孔碳基材料的可控制备及其高效分离抗生素行为和机理研究[D].江苏大学,2016）、木质素、葵花盘、柚子皮（葵花盘及柚子皮基多孔碳制备及在超级电容器中的应用[D].黑龙江大学,2016）、螺旋藻（Journal of Alloys and Compounds,2017,704: 1-6）、蚕茧（Electrochimica Acta, 2017, 227:7-16, RSC Advances, 2017,7(22): 13383-13389）。

油条是一种古老的中式面食，呈长条形中空状，口感松脆有韧劲，是中国传统的早点之一。油条以面粉为主要原料，加适量的水、食盐、添加剂，经拌合、捣、揣、醒发、油炸制成。由于酵母菌发酵的缘故，产生大量的二氧化碳气体，这些气体被面团中的面筋包裹着不能逸出，因而在油条里面形成了大量蜂窝结构的孔隙。这种具有大量蜂窝结构孔隙的油条高温碳化后，可形成具有高比表面积的多孔碳材料，其效果将优于绝大多数的天然生物质材料。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法。

本发明通过下述技术方案予以实现：