[发明专利]一种生物质超结构碳及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种生物质超结构碳及其制备方法与应用，该方法包括以步骤：(1)生物质前驱体制备：将苎麻与1～6mol/L的KOH溶液按料液比1g：30～40mL加入反应内衬中，其后升温至170～190℃，于170～190℃下反应5～7h，待反应结束后冷却，再抽滤得KOH分子预嵌入的苎麻，其后烘干即得；(2)生物质超结构碳制备：将生物质前驱体与金属镁按质量比1～6:1混合均匀，其后于保护气体环境下升温至650～750℃，其后通入气流量为15～25sccm的CO₂于650～750℃下反应30～90min，即得。本发明的制备工艺简单、成本低、可批量化，制得的生物质超结构碳具有多层级孔结构、高比表面积。

技术领域

本发明属于微孔碳材料制备技术领域，具体涉及一种生物质超结构碳及其制备方法与应用。

背景技术

微孔碳材料由于其特殊的孔道结构和较高的比表面积，使其在日常生活中有着不可忽视的作用。现在，微孔碳材料已经被广泛应用于气体的贮藏与分离、电池或电容的电极材料、多种化学反应的催化剂或催化剂载体、污水处理、贵金属回收等领域。

现有的微孔碳材料的制备方法有物理活化法或化学活化法和CVD法。采用物理活化或者化学活化的方法制备的多孔碳材料，其孔结构以微孔为主，大尺寸的电解质离子存在传输和存储的问题，表现出倍率性能差以及循环稳定性差的问题。采用CVD法虽然可以实现碳复合材料的制备，但是该工艺制备的碳纳米材料不仅价格昂贵、产量少，而且会导致多孔碳材料比表面积的大幅降低，进而影响电解质离子的传输和存储。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种生物质超结构碳及其制备方法与应用，以解决现有方法制备的微孔碳材料成本高、产量少、比表面积低、传输和存储困难等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种生物质超结构碳的制备方法，包括以步骤：

(1)生物质前驱体制备：将苎麻与1～6mol/L的KOH溶液按料液比1g：30～40mL混合，于170～190℃下反应5～7h，然后过滤、烘干，即得；

(2)生物质超结构碳制备：将生物质前驱体与金属镁按质量比1～6:1混合均匀，其后于保护气体环境下升温至650～750℃，其后通入气流量为15～25sccm的CO₂于650～750℃下反应30～90min，即得。

进一步，还包括生物质超结构碳的后处理，后处理方法为：将步骤(2)所得生物质超结构碳浸没于浓度为0.5～2mol/L的盐酸溶液中浸泡8-12h，然后进行抽滤，并于真空条件、100～120℃下烘干10～14h。

进一步，步骤(1)中烘干条件为在60～80℃下烘干10～14h。

进一步，步骤(2)中生物质前驱体与金属镁的混合方式为在400～600r/min的转数下混合1.5～2.5h。

进一步，步骤(2)中保护气体为Ar或N₂，其气流量为30～50sccm。

本发明还提供了上述生物质超结构碳在制作电容器中的应用。

进一步，电容器为扣式电容器，其经过以下步骤制得：

S1：将生物质超结构碳、导电炭黑和聚四氟乙烯按照质量比为7～9:1:1混合，并将混合物加入异丙醇中搅拌均匀，其后于70～90℃干燥至异丙醇挥发干，得复合基材；

S2：将复合基材制成厚度为70～90μm、直径为11～13mm的圆片，并于110～130℃干燥22～26h；

S3：将干燥后的圆片压在泡沫镍上，得多孔碳纤维电极；

S4：以EMIMBF₄离子液体作为电解液，多孔碳纤维电极为正负极，制作成扣式电容器。