[发明专利]一种利用头发基制备分级多孔碳材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用头发基制备分级多孔碳材料的方法，首先将头发清洗干净后干燥，然后在管式炉中进行低温预碳化，然后经活化造孔剂氢氧化钾活化处理，再在管式炉中进行高温碳化保温后得到分级多孔碳。本发明的方法所制备的碳材料具有分级多孔结构，由小于2nm的微孔和大于2nm、小于50nm的介孔组成，并且本发明方法操作方便、工艺简单、成本低廉，并且成功制得了高比表面积和孔体积的分级多孔碳。

技术领域

本发明属于碳材料制备技术领域，涉及一种利用头发基制备分级多孔碳材料的方法。

背景技术

分级多孔碳又称多级孔碳，通常是指具有微孔、介孔和或大孔的多级孔道的碳材料。多孔碳材料具有碳材料的性质，如化学稳定性高、导电性好、价格低廉等优点；同时，孔结构的引入使其同时具有比表面积大、孔道结构可控、孔径可调等特点。而分级多孔碳材料结合各级孔的优势，实现分级孔道的协同作用，可以解决反应速度和传质限制的难题。在锂离子电池、超级电容器、太阳能电池、燃料电池、储氢、气体分离和催化剂载体等方面都有着不凡的应用前景。分级多孔碳组装成储能器件时，电极材料的有效电化学接触面积大、扩散距离短、大倍率传输效率高，因而往往表现出优异的储锂及储能容量，尤其是其高传质速率带来的高倍率性能，使其成为近年来的研究热点。

针对锂硫电池存在的问题，研究工作者常常将硫与分级多孔碳制备成复合材料来做锂硫电池的正极。硫/分级多孔碳复合材料通常是将单质硫负载到多孔碳空隙中，这一方法有以下3个优点：(1)碳材料的高导电性可以很好地改善正极的电子传输；(2)多孔碳材料具有很大的比表面积及丰富的孔洞可以吸附多硫化物，抑制穿梭效应；(3)多孔碳材料中丰富的孔洞可以很好地缓解硫在充放电过程中的体积膨胀微孔结构孔径小于S8分子的直径，所以可以通过高温处理，将S2-4这样的小分子限域在微孔碳的空隙中，这种小分子硫在充放电过程中不会形成长链的多硫化锂，从而抑制了穿梭效应。介孔碳材料较大的比表面积和孔隙率可以负载更多的活性物质，能有效减小锂离子传输阻力，吸附并抑制多硫化锂的溶解。

本申请发明了一种利用废弃头发制备分级多孔碳的方法，一方面对废弃物进行了合理化回收利用，另一方面提供了一种利用廉价原料制备分级多孔碳的方法，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用头发基制备分级多孔碳材料的方法，本方法制备的分级多孔碳具有高比表面积和孔体积，且本身含有微孔和介孔。

本发明所采用的技术方案是，一种利用头发基制备分级多孔碳材料的方法，具体制备步骤如下：

步骤1、称取头发置于去离子水中浸泡10min-20min后，使用超声波清洗器超声1h-3h；

步骤2、继续使用去离子水洗涤头发3-5次后，将头发置于干燥箱中干燥1h-5h；

步骤3、将步骤2中干燥过的头发置于清洗液中，并使用超声波清洗器超声30min-60min后置于干燥箱中干燥1h-4h，再将干燥后的头发剪成长度不大于1cm的小段；

步骤4、将步骤3中剪成小段的头发置于充满保护气的管式炉中，进行低温预碳化，待低温预碳化后的头发冷却至室温，研磨成粉末，得到预碳化粉末；

步骤5、将预碳化粉末与氢氧化钾混合，然后加入去离子水，搅拌下使预碳化粉与氢氧化钾溶解均匀后，静置30min，得到混合溶液A；

步骤6、将混合溶液A置于油浴锅中边加热边搅拌使混合溶液A蒸干成粘稠状固体B，再将粘稠状固体B置于干燥箱中干燥，接着将干燥后的粘稠状固体B研磨成粉末，得到粉末C；

步骤7、将粉末C置于充满保护气的管式炉中，进行高温碳化，待高温碳化后的粉末C冷却至室温，进一步研磨，得到粉末D；

步骤8、使用盐酸溶液洗涤步骤7中得到的粉末D直至洗涤后的滤液呈中性，然后再用去离子水洗涤粉末3-5次，在将粉末D置于干燥箱中干燥，得到分级多孔碳材料。