[发明专利]一种活性炭及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及储氢材料技术领域，具体涉及一种活性炭及其制备方法与应用，将生物质原料碎屑用LiOH溶液浸泡，超声处理后烘干研磨，放入特制的膨化釜，加热升温制得前驱体；再将前驱体与无水ZnCl₂混合，放入管式炉三段升温煅烧，并通入N₂气体，最后得到改性的超级活性炭储氢材料。对该活性炭材料进行分析测试，比表面积≥3000m²/g，微孔孔容达到为2cm³/g左右，微孔孔容率达到80％以上，平均孔径为0.5～1.2nm之间，在室温，40bar的操作条件下，储氢量可达2.5wt％以上，而且吸附速率很快。该方法利用生物质闪爆破壁原理，改性制得高性能储氢材料，成本低，制作工艺简单，而且可以在室温中高压下实现较高的储氢性能，为储氢材料的制备及应用提供了一条有效途径。

技术领域

本发明涉及储氢材料技术领域，具体涉及一种活性炭及其制备方法与应用，采用生物质原料，采用特定的预处理方法和活化工艺得到高比表面、高微孔率的活性炭，在常温中压下表现出较高的储氢性能。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

用氢作为化石燃料的替代品，已被公认为是一种有吸引力的能源载体。氢具有最高的能量密度为120kJ/g，大约是汽油的能量密度的三倍，并且它在氧化时不产生任何温室气体排放。但目前氢能的利用需要解决三个问题：氢能的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈，目前开发的材料在常温下很难达到5.5wt％重量可逆储氢的目标。所以氢能源的发展取决于开发高效、低成本的材料，在常温中高压可以达到商用标准的储氢材料。

与其他储氢材料相比，炭基材料储氢的原材料来源广泛，有植物类(木材、椰壳、稻草等)、矿物类(煤、石油焦、沥青等)等，活性炭吸附储氢具有储存容器自重轻、解吸快、循环使用寿命长和成本低等优点，是一种很具潜力和竞争力的储氢材料。

而用普通的活性炭吸附氢，即使在低温条件下储氢量也达不到质量分数1wt％。直到20世纪70年代末，开始采用比表面积更大、孔径更小、孔结构更发达的超级活性炭，在中低温(77～273K)、中高压(1～10MPa)下吸附储氢。高比表面积活性炭储氢是利用其巨大的表面积与氢分子之间的范德华力来实现的，是典型的超临界气体吸附。一方面活性炭吸氢性能与吸附温度和压力密切相关，温度越低、压力越大，则储氢量越大；另一方面H₂的吸附量与碳材料的比表面积、孔径分布及孔结构等参数有关。所以制造出更高比表面积，孔径合适及其他一些有利因素的活性炭对吸附氢至关重要。想要实现在更低压力、常温的吸附，满足商用标准，同时满足活性炭制作工艺简单，可以实现大规模生产及应用，这就需要在原料、制作工艺上开展大量的探究。

发明内容

针对背景技术中提出的技术问题，本发明提供一种活性炭的制备方法，以生物质为原料，采用特定制备方法，制得的活性炭具有超高比表面积、高微孔率等特点，在常温中压下表现出较高的储氢性能，并且制备方法简单实用、成本较低。

具体地，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种活性炭的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质碎屑用LiOH溶液浸泡，超声处理后干燥研磨；

(2)将干燥后的生物质碎屑进行高压膨化处理，得到生物质基活性炭前驱体；

(3)将研磨过的无水ZnCl₂和步骤(2)得到的生物质基活性炭前驱体混合均匀，真空环境下反转震荡；

(4)将步骤(3)中混合均匀的ZnCl₂和生物质基活性炭前驱体在N₂气氛中煅烧，得到活性炭。