[发明专利]利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法、产品及其应用

摘要

本发明公开了一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法及、产品及其应用，制备过程如下：将生物质粉碎干燥后，与活化剂均匀混合后在氨气气份下进行快速热解，活化剂与生物质废弃物反应刻蚀炭骨架形成发达孔隙结构，同时也产生大量的空穴，氨气中的氮原子快速占据空穴，形成丰富的活性含氮官能团(吡啶‑N、吡咯‑N、季‑N和吡啶‑N‑氧化物)，进而富集大量氮元素于热解炭中；且氨气自身作用、活化剂与氨气的协同作用，也会促进焦炭孔隙和含氮官能团的形成，最终形成具有丰富活性含氮官能团的功能型高含氮多孔炭材料，其在催化剂、吸附剂、电极材料等领域都具有广泛的应用前景，从而实现了生物质的高附加值利用。 1

主权项

1.一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将生物质废弃物粉碎至小于120目的颗粒后执行干燥处理；

S2：将步骤S1中的生物质废弃物与活化剂按质量比1:4～20:1充分混合，在氨气与惰性气体共同存在的气氛下对混合物进行富氮热解反应，活化剂与生物质废弃物反应刻蚀炭骨架形成发达孔隙的同时，也产生大量的空穴，氨气中的氮原子快速占据空穴，形成丰富的活性含氮官能团，从而富集大量氮元素于热解炭中；

S3：将步骤S2得到的热解炭进行酸洗，然后用过量的去离子水过滤冲洗至滤液成中性，干燥后得到具有丰富活性含氮官能团的功能型高含氮多孔炭材料。

2.根据权利要求1所述的一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中的生物质为竹屑、椰壳、稻壳、玉米秆、麦秆中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中的干燥温度为50℃～150℃，干燥时间为10h～30h。

4.根据权利要求3所述的一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，所述步骤S2中的活化剂为KOH、NaOH、K₂CO₃、Na₂CO₃、KHCO₃、NaHCO₃、CH₃COOK、CH₃COONa、ZnCl₂、H₃PO₄中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，所述步骤S2中，惰性气体为氩气或氮气，惰性气体和氨气的气体总流量为200mL/min～800mL/min，其中，氨气在总气体中的比例为10％～100％。

6.根据权利要求5所述的一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，所述步骤S2中的富氮热解温度为400℃～800℃，反应时间为20～60min。

7.根据权利要求6所述的一种利用生物质制备高含氮多孔炭材料的方法，其特征在于，所述步骤S3中的酸溶液为盐酸溶液，浓度为0.1～2mol/L。

8.如权利要求1‑7之一所述方法制备的高含氮多孔炭材料。

9.如权利要求8所述高含氮多孔炭材料的应用，其特征在于，其作为催化剂、吸附剂或/和电极材料。