一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法。
【背景技术】
[0002]生物质能是指由植物通过光合作用将太阳能转化为化学能后固定并贮藏体内的能量。生物质有机体是太阳能最主要的载体。当太阳照射到地球上，一部分转变成热能，因为转换成热能的能量密度很低，不容易富集，只有极少可以被人类利用。而另一部分则被生物质通过光合作用，转化为生物质能，这些能量是人类生存和发展所需的，同时也是人类最主要的可再生能源之一。随着化石能源短缺和化石燃料所带来严重的环境污染，开发以生物质为重要组成部分的可再生能源已经刻不容缓。
[0003]近年来，很多科学家都在致力于新型生物质类纳米碳材料的制备及其潜在应用的研究。如用利用芒草、梧桐皮、丝瓜络、油菜籽、青竹等为原料制备作为超级电容器储能纳米碳材料，但是上述方法制备的工艺繁琐，成本高，生产出的纳米碳材料可塑性差，易团聚比表面积较低，孔隙少以及储能方面差。另外本发明前期选择海藻和竹笋作为碳源，其缺点在于孔隙结构差，现利用杏鲍菇制备出的超级电容器储能纳米碳材料，很好的解决了上述问题，具有更好的比容量和倍率性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有生物质制备多孔纳米碳材料工艺繁琐，成本高，生产出的纳米碳材料可塑性差，易团聚比表面积较低，孔隙少以及储能方面差的问题，而提供一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法。
[0005]本发明的一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法，具体是按以下步骤操作的:
[0006]一、称取5?10份杏鲍菇，放入高温炉中热处理，进行预碳化，并持续通入保护气体；其中，热处理条件为:在高温炉中，以2.5?20°C /min的升温速率升至300?600°C，气体流量为30?200mL/min，保温30?60min ；
[0007]二、称取步骤一得到的预碳化杏鲍菇溶于溶剂中，加入活化剂，并在恒温下进行搅拌2?10h，得到前驱体；其中，预碳化杏鲍菇与活化剂的质量比为1:1?5 ;恒温搅拌的条件为:温度为30?50 °C、搅拌速度为50?300r/min ；
[0008]三、步骤二得到的前驱体进行冷冻干燥得到中间产物；其中冻干机条件为:冻干机的温度为_55°C，气压为O?150pa ；
[0009]四、将步骤三得到的中间产物放入高温炉中进行二次热处理，并持续通入保护气体；其中，热处理条件为:在高温炉中，以2.5?20°C /min的升温速率升至600?1400°C，气体流量为30?200mL/min，保温30min?60min ；
[0010]五、将步骤四所得产物浸泡在酸溶液中，并超声处理30min?180min ;其中，酸溶液的质量浓度为30%?60% ;
[0011]六、步骤五中酸溶液处理后的产物离心洗涤，用蒸馏水洗至pH为7.0 ;其中，离心洗涤的条件为:在离心机转速为4000?4500r/min的条件下，离心3min ；
[0012]七、步骤六离心洗涤所得的产物进行真空干燥，得终产物，即为以杏鲍菇为碳源制备多孔纳米碳材料；其中，真空干燥条件为:在真空干燥箱中温度为60?80°C的条件下干燥8?12h，真空度为O?-0.05MPa。
[0013]进一步地，步骤一中热处理条件为:在高温炉中，以2.5?20°C /min的升温速率升至300?600°C，气体流量为30?200mL/min，保温30?60min。
[0014]进一步地，步骤二中所述的溶剂为蒸馏水、甲醇、无水乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种或两种按任意比例混合而成的混合物。
[0015]进一步地，步骤二中所述的活化剂为氢氧化钾、磷酸、氯化锌、硫酸、硫化钾、氯化铝、氯化铵、硼酸盐、硼酸、氯化钙、氢氧化钙、氯化氢、硝酸、三氧化二磷、高锰酸钾、氢氧化钠中的一种或几种按任意比混合而成的混合物。
[0016]进一步地，步骤二中所述的杏鲍菇与活化剂的质量比为1:5、1:4、1:3、1:2或1:1。
[0017]进一步地，步骤二中恒温搅拌的条件为:温度为30?50°C、搅拌速度为50?300r/mino
[0018]进一步地，步骤三中冻干机条件为:冻干机的温度为_55°C，气压为O?150pa。
[0019]进一步地，步骤一和四中所述的保护气体为氮气、氩气、氦气、一氧化碳中的一种或者其中几种按任意比例混合而成的气体。
[0020]进一步地，步骤四中热处理条件为:在高温炉中，以2.5?20°C /min的升温速率升至600?140CTC，气体流量为30?200mL/min，保温30min?60min。
[0021]进一步地，步骤五中所述的酸溶液质量浓度为30%?60%，其中，酸溶液为盐酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液或者醋酸溶液，产物与酸溶液的质量体积比为Ig:20mL。
[0022]进一步地，步骤五中所述的超声30min?2h，是在超声频率为3?30KHz、超声功率为200?700W条件下进行的。
[0023]进一步地，步骤六中所述产物离心洗涤，用蒸馈水洗至pH为7.0。
[0024]进一步地，步骤六中所述离心洗涤的条件为:在离心机转速为4000?4500r/min的条件下，离心3min。
[0025]进一步地，步骤七中所述的真空干燥条件为:在60?80°C的温度下真空干燥8?12h0
[0026]进一步地，步骤七中所述的真空干燥的真空度为O?-0.05MPa。
[0027]根据前述方法制备得到的以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料。
[0028]本发明包含以下有益效果:
[0029]1、本发明制备的多孔纳米碳材料，可用于超级电容器的电极材料，在0.5A g1的电流密度下比电容可达到345F/g。
[0030]2、本发明通过二次热处理方法合成多孔的的纳米碳材料，与生产工业上高温的制备方法相比较，反应温度为300?1400°C，所需燃料少，对所需设备要求低，降低了生产成本。
[0031]3、本发明的碳源为杏鲍菇，是一种生物质类纳米碳材料，其碳含量较高，具有很好的孔隙结构，使其与其他类型的生物质新型能源存储材料(芒草、梧桐皮、丝瓜络、油菜籽、青竹)相比显示出优越性能。
【附图说明】
[0032]图1是实施例一所得杏鲍菇为碳源制备多孔纳米碳材料的800°C XRD图；
[0033]图2是实施例一所得杏鲍菇为碳源制备多孔纳米碳材料的800°C处理的样品的拉曼图；
[0034]图3是实施例一所得杏鲍菇为碳源制备多孔纳米碳材料的800°C处理的样品的恒流充放电图；
[0035]图4是实施例一所得杏鲍菇为碳源制备多孔纳米碳材料的800°C处理的样品的扫描电子显微镜图片。
【具体实施方式】
[0036]本发明技术方案不局限与以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0037]【具体实施方式】一:本实施方式的一种以生物质为碳源制备多孔纳米碳材料的方法，具体是按以下步骤操作的:
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