[发明专利]一种利用生物质低温碳化制备碳材料的方法

说明书

本发明涉及一种利用生物质低温碳化制备碳材料的方法，包括以下步骤：1)将生物质进行干燥处理，得到生物质前驱体；2)将生物质前驱体埋没在酸式硫酸盐中进行低温碳化，之后进行清洗，即得到碳材料。与现有技术相比，本发明用于制备碳材料的植物器官原料来源广泛，制备工艺简单，生产成本低廉；由于本发明采用上述原料及制备方法，使得本发明制备的碳材料不仅制备过程安全无污染，还能在一定程度上保持生物质植物器官原料的微观形貌和特性，有利于充分发挥碳材料的特性和优势。

技术领域

本发明属于资源合理化利用与碳材料制备技术领域，涉及一种以植物器官为原料、利用生物质低温碳化制备碳材料的方法。

背景技术

碳材料具有较高的比表面积、丰富的孔结构、极好的化学稳定性等特性。传统的碳材料的制备过程中通常要用到活化技术，常用的活化技术主要有：物理活化法，即通过将前驱体在氧化性气氛中高温处理(通常在700-1200℃)得到活性碳；化学活化法则是先将生物质在高温下进行预碳化，然后将预碳化产物与活化剂如氢氧化钾、氯化锌等按一定的质量比混合，再经过高温热处理，最后洗涤除去活化剂，该方法是制备具有高比表面积、高孔隙率的生物质基多孔碳材料的最主要的方法之一。上述方法虽然取得了很大进展，但是仍然存在很多问题，如碳化温度高，碳化时间长，存在大量不安全因素，不可避免地造成环境问题等。

植物器官即植物的根、茎、叶或花瓣等，来源丰富，其独特的结构很适合制备碳材料。但是传统的碳化方法往往会使其结构塌陷，无法充分发挥碳材料的特性和优势。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用生物质低温碳化制备碳材料的方法，该方法以生物质为原料，在低温条件下既能使生物质碳化，又能在一定程度上保持生物质原料的微观形貌结构和特性，并实现了植物器官的资源合理化利用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用生物质低温碳化制备碳材料的方法，该方法包括以下步骤：

1)将生物质进行干燥处理，得到生物质前驱体；

2)将生物质前驱体埋没在酸式硫酸盐中进行低温碳化，之后进行清洗，即得到所述的碳材料。

进一步地，步骤1)中，所述的生物质为植物器官，所述的植物器官包括植物的根、茎、叶、花或果中的一种或更多种。本发明方法尤其适用于结构脆弱、具有特定微观形貌的叶、花的碳化。

进一步地，步骤1)中，干燥处理过程中，干燥温度为80-100℃，干燥时间为6-12h。将生物质植物器官在鼓风干燥烘箱中进行烘干。

进一步地，步骤2)中，所述的酸式硫酸盐为碱金属元素的酸式硫酸盐，所述的碱金属元素包括钠或钾中的一种或两种。酸式硫酸盐优选为硫酸氢钠、硫酸氢钾。

进一步地，步骤2)中，所述的酸式硫酸盐的粒度≤150μm。酸式硫酸盐的粒度根据生物质前驱体微观结构的精细程度控制在≤150μm。

进一步地，步骤2)中，低温碳化过程中，碳化温度为180-220℃，碳化时间为1-3h。低温碳化的温度根据所使用的酸式硫酸盐的粒径分布和分解温度不同，控制在180℃-220℃。

进一步地，低温碳化的升温过程在惰性气氛下进行，以1-5℃/min的升温速率升温至180-220℃。惰性气氛为氮气气氛或者氩气气氛。

进一步地，步骤2)中，所述的生物质前驱体与酸式硫酸盐的质量比为1:(3-20)。过量的酸式硫酸盐是为了使生物质前驱体充分碳化。

进一步地，步骤2)中，清洗过程为：采用水洗方法将生物质前驱体低温碳化产物与硫酸盐分离。

一种碳材料，该碳材料采用所述的方法制备而成。