一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法与流程

本发明属于生物质基活性炭技术领域，具体涉及一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法。

背景技术：

活性炭是一种黑色多孔的固体炭质。主要成分为碳，并含少量氧、氢、硫、氮、氯等元素。普通活性炭的比表面积在500～1700m2/g间。一般活性炭不具备制备超级电容器电极材料或者用于制备燃料电池催化剂的性能，为此，我们提出一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，包括如下步骤：

s1：将10g纤维素基生物质加入到20mlnaoh和硫脲或尿素的离子液中，在5摄氏度下，在搅拌器中进行搅拌，发生纤维素和离子液部分溶解和润胀作用，得到具有弹性的生物质胶体；

s2：将生物质胶体放置于等离子体热解管式炉的刚玉管中，以5摄氏度每分钟的升温速度，升温到500-900摄氏度，保温60分钟，同时打开等离子体装置对样品进行辐照5-20分钟；

s3：降温冷却后，得到蓬松状的生物质活性炭，经过沸水洗涤3次，酸洗1次，放置于真空干燥箱中干燥6小时，得到最终生物质活性炭样品。

优选的，所述步骤s1中纤维素基生物质为纸屑或者棉花。

优选的，所述步骤s1中其中20mlnaoh和硫脲或尿素的质量配比为：7％：12％或7％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，本发明通过等离子场辐射和热场双场耦合，对纤维素基生物质进行处理，达到造孔制备多孔活性炭的目的；

硫脲和氢氧化钠体系在零下三度下溶解纤维素基生物质达到活化前处理的目的，使得到的活性炭具备丰富的孔洞缺陷，生物质自身含有的氮元素，使其具备杂原子缺陷；

制备的活性炭可用于制备超级电容器电极材料，比电容达到326f/g，并且可用于燃料电池催化剂的制备，燃料电池orr氧还原性能能够同商业铂碳相比。

附图说明

图1为本发明制备生物质基活性炭的流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供了如图1的一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，包括如下步骤：

s1：将10g纤维素基生物质加入到20mlnaoh和硫脲或尿素的离子液中，在5摄氏度下，在搅拌器中进行搅拌，发生纤维素和离子液部分溶解和润胀作用，得到具有弹性的生物质胶体；

s2：将生物质胶体放置于等离子体热解管式炉的刚玉管中，以5摄氏度每分钟的升温速度，升温到500-900摄氏度，保温60分钟，同时打开等离子体装置对样品进行辐照5-20分钟；

s3：降温冷却后，得到蓬松状的生物质活性炭，经过沸水洗涤3次，酸洗1次，放置于真空干燥箱中干燥6小时，得到最终生物质活性炭样品。

具体的，所述步骤s1中纤维素基生物质为纸屑或者棉花。

具体的，所述步骤s1中其中20mlnaoh和硫脲或尿素的质量配比为：7％：12％或7％。

对该活性炭样品进行扫描电子显微镜表征，可观察到明显孔洞结构；x射线荧光光谱仪显示该样品具有较多的吡咯氮；物理吸附仪测试发现，该样品比表面积为1847m2/g,孔洞多为5-20nm的介孔结构。

通过等离子场辐射和热场双场耦合，对纤维素基生物质进行处理，达到造孔制备多孔活性炭的目的；

硫脲和氢氧化钠体系在零下三度下溶解纤维素基生物质达到活化前处理的目的，使得到的活性炭具备丰富的孔洞缺陷，生物质自身含有的氮元素，使其具备杂原子缺陷；

制备的活性炭可用于制备超级电容器电极材料(比电容达到326f/g)，并且可用于燃料电池催化剂的制备(燃料电池orr氧还原性能能够同商业铂碳相比)。生物质孔洞结构(硫脲氢氧化钠离子液溶解纤维素热解活化+等离子体造孔)和生物质自带的杂原子(吡咯氮)共同决定了生物质活性炭的超级电容性能和燃料电池氧还原电催化性能。

综上所述，与现有技术相比，本发明通过等离子场辐射和热场双场耦合，对纤维素基生物质进行处理，达到造孔制备多孔活性炭的目的；

硫脲和氢氧化钠体系在零下三度下溶解纤维素基生物质达到活化前处理的目的，使得到的活性炭具备丰富的孔洞缺陷，生物质自身含有的氮元素，使其具备杂原子缺陷；

制备的活性炭可用于制备超级电容器电极材料(比电容达到326f/g)，并且可用于燃料电池催化剂的制备(燃料电池orr氧还原性能能够同商业铂碳相比)。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，包括如下步骤：S1：将10g纤维素基生物质加入到20mlNaOH和硫脲或尿素的离子液中，在5摄氏度下，在搅拌器中进行搅拌，发生纤维素和离子液部分溶解和润胀作用，得到具有弹性的生物质胶体；S2：将生物质胶体放置于等离子体热解管式炉的刚玉管中，以5摄氏度每分钟的升温速度，升温到500‑900摄氏度，保温60分钟，同时打开等离子体装置对样品进行辐照5‑20分钟；S3：降温冷却后，得到蓬松状的生物质活性炭，经过沸水洗涤3次，酸洗1次，放置于真空干燥箱中干燥6小时，得到生物质活性炭样品。本发明制备的活性炭可用于燃料电池催化剂的制备，燃料电池ORR氧还原性能能够同商业铂碳相比。

技术研发人员：张贤文;何岩;陈超;黄鹏程;应东轩;徐健;付一轩
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2019.04.11
技术公布日：2019.06.14