本发明涉及生物质碳材料的制备领域，具体涉及一种柚子果肉皮基多孔碳材料的制备方法和应用。
背景技术：
能源是人类社会发展的主要动力。纵观人类发展的历史,每一次能源技术的革新，都引起社会生产力和生产关系的重大变革，从而推动了历史向前发展。然而由于工业化的高度发展，人类对煤、石油、天然气等化石燃料等无节制的开采，导致了一系列资源短缺和环境污染等问题，可再生能源的开发与使用日益受到重视。
多孔碳材料由于具有超大比表面积、高导电性、优异的孔径分布和低成本等特点，成为了双电极电容器最有潜力的电极材料之一。化学活化法，特别是碱性无机物活化法，是一种典型有效的，可以得到良好孔结构碳材料的方法。通过将含碳物质与碱性无机物混合后于高温下碳化，发生的一系列反应可使得到的碳化物具有层次丰富的孔结构。
生物质作为一种分布广、绿色可再生的能源受到了越来越多的重视。随着化石能源的减少以及人们环保意识的增强，生物质基多孔碳材料已成为一个热门的研究方向。
袖子是人们喜食的上等水果之一，属可再生资源，在我国广西、广东、海南等地盛产，销售遍及全国各地。人们一般只吃其袖子肉，而包覆果肉的那层白色薄皮大多被作为废料丢弃,不仅污染环境，而且浪费了可供利用的资源。袖子果肉皮主要成分有纤维素和半纤维素等，在炭化的过程中这些结构不会被破坏，是优良生物碳制备的前躯体。若能将废弃的袖子的果肉白色薄皮加以回收利用，制备多孔碳材料，不仅可以提高袖子的附加价值，降低碳材料的生产成本，取得可观的经济效益，而且可以减少因固体垃圾带来的环境污染。
现有技术中,生物质碳作为超级电容器电极材料逐渐成为一个研究热点。中国专利107640767a公开了一种利用农业垃圾香蕉皮制备的用于超级电容器的多孔碳基电极材料的方法。以香蕉皮为碳源，柠檬酸盐为造孔剂，采用直接一步碳化的方法，在惰性气体保护下、程序升温碳化，冷却后研磨，经稀盐酸和水洗至溶液为中性、干燥后得高比表面积的多孔碳材料。该发明合成工艺操作简单、操作容易、原料价廉易得，实现了资源的有效利用；但是所制备多孔碳材料比电容较低，在0.1ag-1电流密度下，比电容仅为258~273fg-1。
基于上述考虑，选用袖子果肉皮作为源料，制备生物质基多孔碳材料，通过碳化活化后可以得到丰富的多孔结构，具有大量的微孔和少量的介孔。微孔和介孔的同时存在是获得优异的电化学性能的关键，微孔可以保证材料具有较大的比表面积和比容量，介孔则有利于电解液离子快速传输，是一种理想的超级电容器电极材料。
技术实现要素：
本发明的目的是为了充分利用包裹柚子果肉的那层白色薄皮，制备高价值的电极材料，扩大其作为电极材料在超级电容器的应用范围，提供一种多孔碳电极材料的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种柚子果肉皮基多孔碳材料，由柚子果肉皮制备的碳前驱体和碱性无机物煅烧制备而成，其比表面积其范围在972~1598m2g-1，平均孔径分布在1.76~1.89nm范围内。
一种柚子果肉皮基多孔碳材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1）柚子果肉皮的低温碳化，将包裹在柚子果肉上的那层白色薄皮剥下,洗净、剪至条状，85℃下在鼓风干燥箱中烘干，然后将干燥后的柚子果肉皮放到马弗炉中在250~400℃下，低温碳化1~3h，得到碳前驱体；
步骤2）柚子果肉皮基多孔碳材料的活化，将碳前驱体和碱性无机物按1.0：（1.0~3.0）质量比混合，浸泡在去离子水中，之后放在鼓风干燥箱中烘干，将烘干后的样品放进管式炉中在氮气保护下，以活化温度为600~800℃，活化时间为1~4h为条件，煅烧活化得到柚子果肉皮基多孔碳材料，所述的碱性无机物为氢氧化钾、氢氧化钠或碳酸钾；
步骤3）柚子果肉皮基多孔碳材料的后处理，将上述柚子果肉皮基多孔碳材料用盐酸溶液浸泡，经过洗涤、过滤、烘干、研磨得到最终成品柚子果肉皮基多孔碳材料；
本发明所得柚子果肉皮基多孔碳材料有益技术效果经实验检测，结果如下：
经氮气等温吸附脱附实验检测，所制备出的柚子果肉皮基多孔碳材料的比表面积为1529m2g-1，平均孔径为1.84nm；
经电化学测试实验检测，所制备出的柚子果肉皮基多孔碳材料具有良好的电容性能，当电流密度为0.5ag-1时，比电容值达315fg-1，在20ag-1大电流密度时，在10000次循环后比电容的保持率为93%。
因此，本发明的柚子果肉皮基多孔碳材料对于现有技术，具有以下优点：
一、本发明设计工艺过程简单，活化温度较低，方便控制、清洁环保，易于产业化实现；
二、本发明柚子果肉皮为原料，拓宽了柚子果肉皮等生物质的应用领域，也拓宽了制备高性能多孔碳原料的来源，实现了资源的有效利用；
三、本发明柚子果肉皮基多孔碳材料具有高比表面积和孔径可调的特点；
四、本发明作为超级电容器电极材料的应用时，具有良好的循环稳定性和电化学性能稳定。
因此，本发明在多孔材料和超级电容器领域具有广阔的应用前景。
附图说明：
图1为实施例中所制备的柚子果肉皮基多孔碳材料的低温氮气等温吸附脱附曲线；
图2为实施例中所制备的柚子果肉皮基多孔碳材料的孔径分布曲线；
图3为实施例中由柚子果肉皮基多孔碳材料制备的超级电容器电极的循环伏安曲线图；
图4为实施例中由柚子果肉皮基多孔碳材料制备的超级电容器电极的充放电曲线图；
图5为实施例中由柚子果肉皮基多孔碳材料制备的超级电容器电极在20ag-1电流密度下的循环测试图。
具体实施方式
本发明通过实施例，结合说明书附图对本发明内容作进一步详细说明，但不是对本发明的限定。
实施例
步骤1）柚子果肉皮的低温碳化，将包裹在柚子果肉上的那层白色薄皮剥下，洗净、剪至条状,85℃下在鼓风干燥箱中烘干，然后将干燥后的柚子果肉皮放到马弗炉中煅烧，反应温度为300℃，反应时间为2h，升温速率为3℃/min,生成碳前驱体；
步骤2）柚子果肉皮基多孔碳材料的活化，将1g的碳前驱体和2g氢氧化钾同时浸泡在30ml去离子水中，室温下，磁力搅拌5h，之后放在鼓风干燥箱中烘干，将烘干后的样品放进管式炉中，在氮气保护下煅烧，反应温度为700℃，反应时间为2h，升温速率为3℃/min，得到柚子果肉皮基多孔碳材料；
步骤3）柚子果肉皮基多孔碳材料的后处理，将上述柚子果肉皮基多孔碳材料用1mhcl溶液浸泡，然后用蒸馏水抽滤洗涤至中性后干燥，得到最终成品柚子果肉皮基多孔碳材料。
将实施例中制备的柚子果肉皮基多孔碳材料经等温吸附曲线和孔径分布测试，结果如图1和2所示，结果表明其比表面积为1529m2g-1，平均孔径为1.84nm。
将实施例中制备的柚子果肉皮基多孔碳材料作为超级电容器电极材料的应用时，电解液为水系的循环伏安测试，结果如图3所示，显示良好的电容性能。
将实施例中制备的柚子果肉皮基多孔碳材料作为超级电容器电极材料的应用时，电解液为水系的不同倍率恒流充放电下的比容量测试，结果如图4所示，当电流密度为0.5ag-1时，比电容值达315fg-1。
将实施例中制备的柚子果肉皮基多孔碳材料作为超级电容器电极材料的应用时，电解液为水系的循环充放电测试，结果如图5所示，在20ag-1大电流密度时，比电容值达210fg-1，在10000次循环后比电容保持率为93%。