[发明专利]一种生物质衍生等级高介孔碳材料及其制备方法

说明书

一种生物质衍生等级高介孔碳材料及其制备方法，它属于介孔碳材料技术领域。本发明要解决的技术问题为提高碳材料的介孔比率。本发明将HCPCP和NaOH加入去离子水中，加热搅拌使其溶解，后再加入木粉搅拌，将得到的产物旋转蒸发并高温下烘干。干燥后的木粉进行预碳化处理，再加入NaOH二次活化，得到第二混合物烘干，然后在氮气气氛下高温碳化，反应后的产物用稀盐酸和去离子水洗涤并烘干，得到一种生物质衍生等级介孔碳材料。本发明生物质衍生等级介孔碳材料，具有高介孔占比率，以及相互贯通的结构，为木材等低值生物质原料转化为生物质衍生等级先进介孔碳材料提供了一种简便、大规模的替代途径。

技术领域

本发明属于介孔碳材料制备技术领域；具体涉及一种生物质衍生等级高介孔碳材料及其制备方法。

背景技术

多尺度分级多孔结构是木材最为突出也是最为本质的结构特征之一，具体而言，木材内部孔道体系具有层次性、贯通性和有序排列性，这种特征确保了树木在生长过程中的最小末端组织均可获得充足的养料和水分等物质供应，而且这种物质传输具有最高效率、最低能耗的特点。树木体内这种天然形成的孔道网络结构不同于常见的多重孔道结构，等级化分级特征是其鲜明的标志，近年来被定义为等级孔结构，只有当整个孔道系统呈现出排列有序的多孔结构并增强了物质传输，那么包含两种及以上孔道才是等级孔结构。

生物质基多孔碳材料是指富含碳元素的生物质原料在无氧或缺氧的条件下，经一定温度下分解而得的一种多孔固体粉末。但是其孔道分布及孔径大小主要以微孔结构为主，存在错综复杂的孔道排列、孔道尺寸分布较宽以及化学功能性不够理想的问题，限制了其潜在的应用价值。然而，介孔碳材料以特有的性质与结构(诸如大的孔径尺寸、均一的孔径分布、较好的化学稳定性及机械强度)为多孔碳材料的研究和应用开辟了新的领域。由于其具有良好的导电性、易于功能化、高化学惰性和机械稳定性等优良性能，在吸附、催化、储气、储能和转化等领域表现出广阔的应用前景，从而受到人们的广泛关注。

早期的介孔材料主要以硅基介孔材料为主。随着对介孔碳材料的深入研究，陆续发展出以无机架构、有机架构、以及有机－无机杂化架构组成的多类介孔材料。用于合成介孔碳材料的碳源来源广泛，主要以酚醛树脂、糠醇、乙烯等化工或合成原料为主。然而，这些原料价格昂贵，且含有一定的毒性，造成介孔碳材料的生产以及环境成本较高，使其难以大规模制备及应用。

发明内容

本发明目的是提供了一种高介孔分布的生物质衍生等级高介孔碳材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物质衍生等级高介孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、分别称量一定质量的六对羧基苯氧基环三磷腈、氢氧化钠、木粉、去离子水，待用；

步骤2、将步骤1称量好的六对羧基苯氧基环三磷腈，加入去离子水中，加热搅拌一定时间后，再加入NaOH，继续加热搅拌一定时间，然后加入木粉，继续加热搅拌，得到混合物，待用；

步骤3、将步骤2得到的混合物旋转蒸发并烘干，得到干燥粉体，待用；

步骤4、将步骤3得到的干燥粉体在氮气的保护下高温反应，反应后的产物，待用；

步骤5、将步骤4得到的产物用稀盐酸和去离子水洗涤并烘干，得到碳粉产物，待用；

步骤6、将步骤5得到的碳粉产物加入一定体积去离子水，搅拌条件下再加入一定质量的NaOH，得到第二混合物，待用；

步骤7、将步骤6得到的第二混合物烘干，然后在氮气的保护下高温反应，反应后得到第二产物，待用；

步骤8、将步骤7得到的第二产物用稀盐酸和去离子水洗涤并烘干，得到一种生物质衍生等级高介孔碳材料。