一種以生物質為碳源制備多孔納米碳材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種以生物質為碳源制備多孔納米碳材料的方法。
【背景技術】
[0002]生物質能是指由植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能后固定并貯藏體內的能量。生物質有機體是太陽能最主要的載體。當太陽照射到地球上，一部分轉變成熱能，因為轉換成熱能的能量密度很低，不容易富集，只有極少可以被人類利用。而另一部分則被生物質通過光合作用，轉化為生物質能，這些能量是人類生存和發展所需的，同時也是人類最主要的可再生能源之一。隨著化石能源短缺和化石燃料所帶來嚴重的環境污染，開發以生物質為重要組成部分的可再生能源已經刻不容緩。
[0003]近年來，很多科學家都在致力于新型生物質類納米碳材料的制備及其潛在應用的研究。如用利用芒草、梧桐皮、絲瓜絡、油菜籽、青竹等為原料制備作為超級電容器儲能納米碳材料，但是上述方法制備的工藝繁瑣，成本高，生產出的納米碳材料可塑性差，易團聚比表面積較低，孔隙少以及儲能方面差。另外本發明前期選擇海藻和竹筍作為碳源，其缺點在于孔隙結構差，現利用杏鮑菇制備出的超級電容器儲能納米碳材料，很好的解決了上述問題，具有更好的比容量和倍率性能。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了解決現有生物質制備多孔納米碳材料工藝繁瑣，成本高，生產出的納米碳材料可塑性差，易團聚比表面積較低，孔隙少以及儲能方面差的問題，而提供一種以生物質為碳源制備多孔納米碳材料的方法。
[0005]本發明的一種以生物質為碳源制備多孔納米碳材料的方法，具體是按以下步驟操作的:
[0006]一、稱取5?10份杏鮑菇，放入高溫爐中熱處理，進行預碳化，并持續通入保護氣體；其中，熱處理條件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至300?600°C，氣體流量為30?200mL/min，保溫30?60min ；
[0007]二、稱取步驟一得到的預碳化杏鮑菇溶于溶劑中，加入活化劑，并在恒溫下進行攪拌2?10h，得到前驅體；其中，預碳化杏鮑菇與活化劑的質量比為1:1?5 ;恒溫攪拌的條件為:溫度為30?50 °C、攪拌速度為50?300r/min ；
[0008]三、步驟二得到的前驅體進行冷凍干燥得到中間產物；其中凍干機條件為:凍干機的溫度為_55°C，氣壓為O?150pa ；
[0009]四、將步驟三得到的中間產物放入高溫爐中進行二次熱處理，并持續通入保護氣體；其中，熱處理條件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至600?1400°C，氣體流量為30?200mL/min，保溫30min?60min ；
[0010]五、將步驟四所得產物浸泡在酸溶液中，并超聲處理30min?180min ;其中，酸溶液的質量濃度為30%?60% ;
[0011]六、步驟五中酸溶液處理后的產物離心洗滌，用蒸餾水洗至pH為7.0 ;其中，離心洗滌的條件為:在離心機轉速為4000?4500r/min的條件下，離心3min ；
[0012]七、步驟六離心洗滌所得的產物進行真空干燥，得終產物，即為以杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料；其中，真空干燥條件為:在真空干燥箱中溫度為60?80°C的條件下干燥8?12h，真空度為O?-0.05MPa。
[0013]進一步地，步驟一中熱處理條件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至300?600°C，氣體流量為30?200mL/min，保溫30?60min。
[0014]進一步地，步驟二中所述的溶劑為蒸餾水、甲醇、無水乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種或兩種按任意比例混合而成的混合物。
[0015]進一步地，步驟二中所述的活化劑為氫氧化鉀、磷酸、氯化鋅、硫酸、硫化鉀、氯化鋁、氯化銨、硼酸鹽、硼酸、氯化鈣、氫氧化鈣、氯化氫、硝酸、三氧化二磷、高錳酸鉀、氫氧化鈉中的一種或幾種按任意比混合而成的混合物。
[0016]進一步地，步驟二中所述的杏鮑菇與活化劑的質量比為1:5、1:4、1:3、1:2或1:1。
[0017]進一步地，步驟二中恒溫攪拌的條件為:溫度為30?50°C、攪拌速度為50?300r/mino
[0018]進一步地，步驟三中凍干機條件為:凍干機的溫度為_55°C，氣壓為O?150pa。
[0019]進一步地，步驟一和四中所述的保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣、一氧化碳中的一種或者其中幾種按任意比例混合而成的氣體。
[0020]進一步地，步驟四中熱處理條件為:在高溫爐中，以2.5?20°C /min的升溫速率升至600?140CTC，氣體流量為30?200mL/min，保溫30min?60min。
[0021]進一步地，步驟五中所述的酸溶液質量濃度為30%?60%，其中，酸溶液為鹽酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液或者醋酸溶液，產物與酸溶液的質量體積比為Ig:20mL。
[0022]進一步地，步驟五中所述的超聲30min?2h，是在超聲頻率為3?30KHz、超聲功率為200?700W條件下進行的。
[0023]進一步地，步驟六中所述產物離心洗滌，用蒸饋水洗至pH為7.0。
[0024]進一步地，步驟六中所述離心洗滌的條件為:在離心機轉速為4000?4500r/min的條件下，離心3min。
[0025]進一步地，步驟七中所述的真空干燥條件為:在60?80°C的溫度下真空干燥8?12h0
[0026]進一步地，步驟七中所述的真空干燥的真空度為O?-0.05MPa。
[0027]根據前述方法制備得到的以生物質為碳源制備多孔納米碳材料。
[0028]本發明包含以下有益效果:
[0029]1、本發明制備的多孔納米碳材料，可用于超級電容器的電極材料，在0.5A g1的電流密度下比電容可達到345F/g。
[0030]2、本發明通過二次熱處理方法合成多孔的的納米碳材料，與生產工業上高溫的制備方法相比較，反應溫度為300?1400°C，所需燃料少，對所需設備要求低，降低了生產成本。
[0031]3、本發明的碳源為杏鮑菇，是一種生物質類納米碳材料，其碳含量較高，具有很好的孔隙結構，使其與其他類型的生物質新型能源存儲材料(芒草、梧桐皮、絲瓜絡、油菜籽、青竹)相比顯示出優越性能。
【附圖說明】
[0032]圖1是實施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C XRD圖；
[0033]圖2是實施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的拉曼圖；
[0034]圖3是實施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的恒流充放電圖；
[0035]圖4是實施例一所得杏鮑菇為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的掃描電子顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0036]本發明技術方案不局限與以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0037]【具體實施方式】一:本實施方式的一種以生物質為碳源制備多孔納米碳材料的方法，具體是按以下步驟操作的:
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