[发明专利]胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料

说明书

本发明涉及一种胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料，所述方法包括以下步骤：1）将胡敏素及高铁酸钾/高锰酸钾加入到水和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌12h，放在烘箱中烘干，得到黑色固体；2）将黑色固体放入通惰性气体保护的管式炉中，使其充分煅烧；3）冷却后取出黑色固体并用去离子水和酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。本发明的优点：将低附加值副产物胡敏素转化为具有利用价值的多孔生物质碳材料，制备过程具有环境友好型特点，制备方法简单方便，易于操作，制备效率高。所制得的碳材料比表面积高，孔容较大，结构规整，同时表面具有一定数量的含氧基团，在吸附、化学储能以及实现高效化工过程等方面具有一定潜力。

技术领域

本发明涉及一种胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料，涉及胡敏素的应用领域。

背景技术

随着环境问题的日益突出以及不可再生化石资源的日益消耗，以可再生生物资源制备燃料以及绿色化学品的转化过程受到人们越来越多的关注。木质纤维素生物质和糖类化合物可以通过酸催化脱水或氧化路线生产可再生的平台化学品，如2,5-呋喃二甲酸、5-羟甲基糠醛或乙酰丙酸等。然而，从原料到平台化合物的转化过程中，碳水化合物的酸催化脱水会生成大量的副产物胡敏素。

胡敏素是一种成分复杂的多呋喃环聚合物，主要由几种糖类脱水中间体的交叉聚合反应形成，会导致生物质平台化学品转化过程碳利用率不高，产生约10 - 50%的碳损失，其直接利用难度较大。除直接燃烧作能源外，将其转化为高附加值产品也是实现胡敏素应用的有效途径。CN110191923A将胡敏素作为沥青组合物中的主要成分，用以提升沥青道路的抗裂性和水敏感性。该方法提出了胡敏素作为粘合剂材料在沥青组合物中的用途，测试结果显示胡敏素的加入能够较为明显的提高沥青组合物的间接拉伸强度，提供了高效利用胡敏素的一种思路。但在该处理过程中对添加剂要求较高，过程较为复杂，实现胡敏素的工业化大规模利用尚有一定难度。

多孔碳材料由于其具有比表面积高、孔容较大以及结构稳定等优点，在能源储备、吸附净化以及高效化工过程等方面具有广泛的应用。近年来，由生物质原料制备多孔碳材料逐渐成为研究热点之一。CN113929096A提供了一种利用椰壳作为原料制备中空结构生物质碳材料的方法，该方法利用氢氧化物进行处理，得到的生物质碳材料比表面积较大且表面具有一定数量的亲水基团，在吸附方面具有一定潜力。这为解决胡敏素的利用问题提供了一种新途径，胡敏素作为具有特殊结构的生物基呋喃衍生物，也可以用以制备多孔碳材料从而实现其高效转化。

CN108408714A提供了一种以胡敏素为原料，利用3D打印技术制备层状介孔碳材料的方法，该方法较为新颖，得到的材料结构规整，具有较大的比表面积。但该过程也存在着成本较高，技术难度较大等问题，不利于实现胡敏素制备碳材料的工艺推广。同时，传统制备碳材料的方式往往存在着对模板剂依赖性强、能耗较大以及步骤繁多等问题，在制备过程方面存在着诸多不便，限制了其进一步的大规模应用。因此，如何高效地将低附加值副产物胡敏素转化为具有高价值绿色生物质材料，对于提高转化过程碳利用率、解决碳资源浪费以及实现大规模生产应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用胡敏素作为原料的高效制备多孔碳材料方法及其多孔碳材料，制备过程简单、能耗低，同时具备理想的制备效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，本发明的技术方案是：

一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，该方法包括以下步骤：