[发明专利]一种生物质类多孔石墨烯结构活性炭的制备方法

说明书

本发明涉及一种生物质类多孔石墨烯结构活性炭的制备方法，依次包括粉化、预炭化、去杂质、离子交换、膨胀炭化和活化；本发明将生物质制成类多孔石墨烯结构活性炭，较现有制备方法制得的块状结构活性炭孔结构丰富，比表面积高，应用于催化、能源存储和气体分离等领域性能优异，如应用在超级电容器领域具有优异的能量密度与功率密度。

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，特别涉及一种生物质类多孔石墨烯结构活性炭的制备方法。

背景技术

活性炭因其具有高比表面积、微孔-介孔-大孔分级孔结构以及低密度的优点，目前广泛应用在催化、能源存储和气体分离等领域。活性炭的表面形貌和孔结构形态决定了其在上述领域的应用价值。

生物质如农作物的秸秆、外壳以及果核，由于其附加产值较低，目前大部分的处理方法为焚烧，既污染环境，又浪费资源。现存在将生物质用来制备商业活性炭，其制备方法主要是按照以下步骤进行：粉化-炭化-去杂质-活化。但其制备出的活性炭多为块状结构，比表面积较低，孔结构主要来源于活化过程中在炭颗粒表面刻蚀出的微孔；应用在储能领域，在大倍率充放电情况下，容量损失较大。

发明内容

本发明目的是提供一种生物质类多孔石墨烯结构活性炭的制备方法，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种生物质类多孔石墨烯结构活性炭的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，粉化：将生物质粉碎成颗粒，得到前躯体；

步骤2，预炭化：将所述前驱体与水混合成糊状物，将所述糊状物放入高压反应釜，并在180～250℃下保温1～24h，得到预炭化前驱体；

步骤3，去杂质：将所述预炭化前躯体放入溶度为0.2～2M的HCl溶液中浸泡，用清水清洗至中性，并干燥，得到去杂质前驱体；

步骤4，离子交换：将所述去杂质前驱体浸泡在溶度为0.2～2M的强碱性溶液中，在85～95℃下搅拌至干燥，得到离子交换前驱体；其中，所述去杂质前驱体与所述强碱性溶液的质量比为1：10～10：1；

步骤5，膨胀炭化：将所述离子交换前驱体置于气氛炉内，在惰性气体氛围且600～1000℃下保温1～24h膨胀炭化，得到膨胀炭化前驱体；

步骤6，活化：将所述膨胀炭化前驱体与强碱性溶液按质量比为1：10～10：1混合均匀，在惰性气体氛围且600～1000℃下保温1～24h活化造孔，得到类多孔石墨烯结构活性炭。

本发明的有益效果是：生物质内含大量含碳化合物，经过180～250℃高压预炭化，在预炭化后的生物质内，实现了部分含碳高分子脱水聚合外，也同时结合了大量的结构水与结晶水；将预炭化后的生物质去杂质后，浸入到强碱溶液中，使预炭化后的生物质内部的结晶水通过离子交换置换成强碱；然后将离子交换后的生物质，在惰性气体的保护下高温膨胀炭化，离子交换后的生物质内部汽化的结构水以及生物质炭与强碱反应产生的气体，将生物质块状颗粒膨胀成类石墨烯的层状薄片结构；最后将膨胀炭化后的生物质与强碱溶液混合，并在惰性气体的保护下高温活化，将层状生物质活化成类多孔石墨烯结构活性炭；本发明将生物质制成类多孔石墨烯结构活性炭，较现有制备方法制得的块状结构活性炭孔结构丰富，比表面积高，应用于催化、能源存储和气体分离等领域性能优异，如应用在超级电容器领域具有优异的能量密度与功率密度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述生物质为农作物的秸秆、外壳和/或果核。

采用上述进一步方案的有益效果是：此类生物质中含碳化合物含量高，利于提高活性炭的产率。

进一步，所述步骤1中将生物质粉碎成颗粒，采用粉碎机完成。