[发明专利]一种多孔竹炭石墨化的方法

说明书

本发明涉及一种多孔竹炭石墨化的方法，该方法是以多孔竹炭为原料，对多孔竹炭依次进行干燥过筛处理、石墨化剂混合处理、升温处理、降温处理、洗涤处理和烘干处理，最终得到多孔石墨烯。本发明的有益效果是，利用资源丰富的多孔竹炭作为材料进行石墨化，降低了成本；将多孔竹炭进行干燥过筛处理、石墨化剂混合处理、升温处理、降温处理、洗涤处理和烘干处理制备多孔竹炭石墨烯，工艺安全性高，生产效率高而且环保；得到的终产物多孔石墨烯为少层石墨烯，相对于用石墨粉为原料制备的石墨烯，受损程度较小为下游产品（导电碳浆料，石墨烯电池，轻质防弹衣等等）提供了质量保证。

技术领域

本发明涉及石墨烯和氧化石墨烯制备领域，尤其涉及一种多孔竹炭石墨化的方法。

背景技术

竹炭作为生物质炭的一种，具有性质稳定、孔隙结构丰富、比表面积大和吸附能力强等优点。在应用竹炭处理污水时，由于竹炭能够有效的控制并除去某些水体污染物，另外竹炭本身再生能力强，价格优廉，消耗少，投入成本低，操作简单，所以竹炭在净化水质，保护环境方面作用尤为突出。尤其是粉末状炭对水中酚类化合物有良好的去除作用，竹炭的比表面积越大，饱和吸附量也就越大。{韩忠保，吴雨杭，马晓琳，白雪，刘丽艳，于湛，竹炭吸附去除水中有机污染物的研究进展，广州化工，2015 年8 月，第43 卷第16 期，8-10.}。竹炭对溶液中Cd(II)的吸附行为，竹炭对镉离子的吸附是放热过程,在初始浓度为15 mg·L^-1、最佳酸度及287K条件下, 未经处理的竹炭饱和吸附量达到11.0 mg· g^-1, 增加竹碳的用量, 镉离子吸附率可达99%以上。（刘创，赵松林，许坚，科学技术与工程，2009年6月，第9卷 第11期 3009-3012.）。

为了解决石墨矿开采所限，开展生物质多孔碳的石墨化研究，2012年研究者首次报道了用香蕉皮在N2气氛条件下，在800℃，制备的多孔碳，其比表面积为1650 m² /g，拉曼光谱显示了D和G峰，[Journal of Power Sources 209 (2012) 152– 157]。2016年研究者报道用大豆根制备的多孔碳比表积为2143 m²/g，拉曼光谱显示了D和G峰清晰，D/G为0.84～0.91；[ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 33626−33634]。同年，研究者用壳聚糖碳化组装了石墨烯/Au光催化剂全分解水，获得产氢率为1.2 mol H₂g^-1h^-1，[NATURECOMMUNICATIONS | 2016,7:11819 | DOI: 10.1038/ncomms11819]。

不同的生物质其结构不同，石墨化过程会有差别，形成石墨烯和氧化石墨烯的条件值得探讨。随着大功率便携设备及新能源汽车的发展，对储能材料及器件提出了更高的要求，如高可逆容量、大电流放电能力、快速充放电能力，显然石墨化碳材料（理论容量372mAh/g，实际容量300～350mAh/g）不能满足这些要求，因此,其它材料，如石墨烯、纳米管、类石墨烯、生物炭等。但是，石墨烯、纳米管、类石墨烯等相对生物炭成本较高，且原料大多依赖化石资源，造成较大环境污染，还不具持续性。于是，研究开发石墨化多孔竹炭储能材料及器件变得迫切起来。尤其是多孔竹炭具有质量轻、孔结构发达、比表面积大、导电性能好、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在储能材料及器件中有着极好的应用前景。

现有技术存在的主要问题是，使用高锰酸钾在浓硫酸和浓硝酸氧化石墨，安全性低，有爆炸的可能性，排放的污水处理花废昂贵。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种成本低，安全环保，制备效率高的利用资源丰富的多孔竹炭石墨化的方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多孔竹炭石墨化方法，是以多孔竹炭为原料，对多孔竹炭依次进行干燥过筛处理、石墨化剂混合处理、升温处理、降温处理、洗涤处理和烘干处理，最终得到多孔石墨烯。