一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法
【專利摘要】一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，此材料涉及一種以生物質(zhì)絲瓜絡(luò)作為碳源制備納米碳材料的方法，本發(fā)明對制備現(xiàn)有納米碳材料方法存在工藝過程復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，并且對生產(chǎn)出的納米碳材料比表面積低，儲能較差的問題進行了解決。本發(fā)明制備方法如下：一、絲瓜絡(luò)的預(yù)處理；二、絲瓜絡(luò)的活化與干燥；三、在惰性氣體下進行熱處理；四、酸浸法處理。本發(fā)明以生物質(zhì)絲瓜絡(luò)為碳源制備的多孔納米碳與現(xiàn)有的納米碳材料相比，比表面積顯著增大，而且有良好的電化學(xué)性能；該方法實驗過程簡單，并且利用生物類資源可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。在某種意義上講，人類社會的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源 的使用。然而隨著煤炭、原油、天然氣等一次能源的枯竭，如何高效利用現(xiàn)有能源并將其合 理的存儲起來以成為現(xiàn)在的研究熱點，所以人們迫切需要尋求一種高性能新型能源存儲材 料。
[0003] 納米碳材料由于其具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和低溫抗氧化性等特點，使其 在鋰離子電池、超級電容器及燃料電池等能源存儲領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。過去的幾年中，研 究較多的傳統(tǒng)納米碳材料有活性炭、碳納米管、石墨烯以及他們的復(fù)合物，但此類納米碳材 料價格昂貴，工藝復(fù)雜，無法商業(yè)化生產(chǎn)，尤其是石墨烯類材料，由于其層與層之間的范德 華力使得材料團聚，致使層間的孔隙難以滿足離子及電子在期間的快速擴散，從而導(dǎo)致其 在能源存儲方面應(yīng)用較差。因此，研制出一種高性能新型納米碳材料顯得尤為重要。
[0004] 近年來，很多科學(xué)家都在致力于新型生物質(zhì)類納米碳材料的制備及其潛在應(yīng)用的 研究。如用人類廢棄的頭發(fā)作為一種長期可持續(xù)儲能的新型生物質(zhì)類納米碳材料，還有利 用一種大須芒草作為超級電容器儲能納米碳材料，除此之外，還有利用本身能夠自主構(gòu)建 三維立體結(jié)構(gòu)的雞蛋殼膜，對其進行碳化，作為一種生物質(zhì)儲能材料。但是上述方法制備的 工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)出的納米碳材料比表面積較低以及儲能方面較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備多孔納米碳材料生產(chǎn)成本高、價格昂貴、工藝 過程復(fù)雜、對生產(chǎn)出的納米碳材料比表面積低以及儲能方面較差的問題，而提供一種以生 物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法。
[0006] 本發(fā)明的一種以生物質(zhì)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：
[0007] -、首先稱取絲瓜絡(luò)，然后在惰性氣體氣氛下、溫度為200?600°C的條件下煅燒 至黑色纖維狀，煅燒時間為30?60min，進行預(yù)碳化；
[0008] 二、向步驟一中預(yù)碳化后的絲瓜絡(luò)中加入活化劑，在溫度為30?50°C、攪拌速度 為50?300r/min條件下攪拌4?10h，得到前驅(qū)體；之后將生成的前驅(qū)體在50?100°C條 件下，干燥6?12h，得到中間產(chǎn)物；其中，絲瓜絡(luò)與活化劑的質(zhì)量比為1:1?5 ;
[0009] 三、將步驟二得到的中間產(chǎn)物進行熱處理，得到產(chǎn)物，其中熱處理的條件為：在升 溫速率為1?20°C /min的條件下，升溫至600?1400°C，在惰性氣體流量為30?200mL/ min的條件下，熱處理30min?6h ;
[0010] 四、用酸浸法處理步驟三所得產(chǎn)物，然后將酸浸法處理后的產(chǎn)物用蒸餾水洗至pH 為7. 0,在60?150°C的條件下干燥6?10h，或在40?80°C真空干燥6?10h，得終產(chǎn)物， 即為以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料。
[0011] 步驟一中所述的預(yù)碳化處理溫度為200?600°C中的任意一種均可。
[0012] 步驟二中的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、高錳酸鉀和氫氧化鈉中的一種或幾種的混合。
[0013] 步驟四中所述的酸浸法步驟如下：室溫條件下，將步驟三得到的產(chǎn)物加入到質(zhì)量 濃度為30%?60%的酸液中超聲30min?2h，即完成酸浸處理，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(chǎn)物與酸溶液的質(zhì)量體積比為lg :25mL。
[0014] 本發(fā)明包含以下有益效果：
[0015] 1、本發(fā)明制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0016] 2、本發(fā)明通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0017] 3、本發(fā)明的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是實施例一所得絲瓜絡(luò)為碳源制備多孔納米碳材料的800°C XRD圖；
[0019] 圖2是實施例一所得絲瓜絡(luò)為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的氮 氣吸附脫附圖；
[0020] 圖3是實施例一所得絲瓜絡(luò)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；
[0021] 圖4是實施例一所得絲瓜絡(luò)為碳源制備多孔納米碳材料的800°C處理的樣品的 20000倍透射電子顯微鏡圖片。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明技術(shù)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。
【具體實施方式】 [0023] 一：本實施方式的一種以生物質(zhì)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：
[0024] -、首先稱取絲瓜絡(luò)，然后在惰性氣體氣氛下、溫度為200?600°C的條件下煅燒 至黑色纖維狀，煅燒時間為30?60min，進行預(yù)碳化；
[0025] 二、向步驟一中預(yù)碳化后的絲瓜絡(luò)中加入活化劑，在溫度為30?50°C、攪拌速度 為50?300r/min條件下攪拌4?10h，得到前驅(qū)體；之后將生成的前驅(qū)體在50?100°C條 件下，干燥6?12h，得到中間產(chǎn)物；其中，絲瓜絡(luò)與活化劑的質(zhì)量比為1:1?5 ;
[0026] 三、將步驟二得到的中間產(chǎn)物進行熱處理，得到產(chǎn)物，其中熱處理的條件為：在升 溫速率為1?20°C /min的條件下，升溫至600?1400°C，在惰性氣體流量為30?200mL/ min的條件下，熱處理30min?6h ;
[0027] 四、用酸浸法處理步驟三所得產(chǎn)物，然后將酸浸法處理后的產(chǎn)物用蒸餾水洗至pH 為7. 0,在60?150°C的條件下干燥6?10h，或在40?80°C真空干燥6?10h，得終產(chǎn)物， 即為以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料。
[0028] 本實施方式制備的多孔納米碳，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納米 碳材料用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。本實施 方式通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的納米碳材料，與工業(yè)上2000°C以上的方 法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單易操作，生產(chǎn)成本低。 本實施方式的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方大多數(shù) 的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易得、低 碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧化物） 相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
【具體實施方式】 [0029] 二：本實施方式與一不同的是：步驟一中所述的預(yù)碳 化溫度為在200?600°C范圍內(nèi)的任意溫度。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0030] 三：本實施方式與一或二不同的是：步驟一中所述的 預(yù)碳化溫度為300?500°C。其它與一或二相同。
【具體實施方式】 [0031] 四：本實施方式與一至三之一不同的是：步驟一中所 述的預(yù)碳化溫度為400?450°C。其它與一至三之一相同。
【具體實施方式】 [0032] 五：本實施方式與一至四之一不同的是：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。其它與一至四之一相同。
[0033]
【具體實施方式】六：本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是：步驟二中所 述的溶劑為水、乙醇中的一種或兩種按任意比例混合而成的混合物。其它與【具體實施方式】 一至五之一相同。
【具體實施方式】 [0034] 七：本實施方式與一至六之一不同的是：步驟二中所 述的絲瓜絡(luò)與活化劑的質(zhì)量比為1: 5、1:4、1: 3、1:2或1:1。其它與一至六之 一相同。
【具體實施方式】 [0035] 八：本實施方式與一至七之一不同的是：步驟一和三 中所述的惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或者其中幾種按任意比例混合而成的氣體。 其它與一至七之一相同。
【具體實施方式】 [0036] 九：本實施方式與一至八之一不同的是：步驟四中所 述的酸浸法步驟如下：室溫條件下，將步驟三得到的產(chǎn)物加入到質(zhì)量濃度為30%?60%的 酸液中超聲30min?2h，即完成酸浸處理，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(chǎn)物與酸溶液的質(zhì)量體積比為lg:25mL。其它與一至八之一相 同。
【具體實施方式】 [0037] 十：本實施方式與一至九之一不同的是：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。其它與 一至九之一相同。
【具體實施方式】 [0038] 十一：本實施方式與一至十之一不同的是：步驟四中 所述的真空干燥條件為：在50?80°C的溫度下真空干燥6?9h。其它與一 至十之一相同。
[0039]
【具體實施方式】十二：本實施方式與【具體實施方式】一至十一之一不同的是：步驟四 中所述的真空干燥條件為：在60?80°C的溫度下真空干燥6?8h。其它與【具體實施方式】 之一相同。
[0040]
【具體實施方式】十三：本實施方式與【具體實施方式】一至十二之一不同的是：步驟四 中所述的真空干燥條件為：在70?80°C的溫度下真空干燥6?7h。其它與【具體實施方式】 一至十二之一相同。
[0041]
【具體實施方式】十四：本實施方式與【具體實施方式】一至十三之一不同的是：步驟四 中所述的真空干燥的真空度為〇?-0. 〇5MPa。其它與【具體實施方式】一至十三之一相同。 [0042]
【具體實施方式】十五：本實施方式與【具體實施方式】一至十四之一不同的是：步驟四 中所述的在80?130°C的條件下干燥6?9h。其它與【具體實施方式】一至十四之一相同。 [0043]
【具體實施方式】十六：本實施方式與【具體實施方式】一至十五之一不同的是：步驟四 中所述的在100?ll〇°C的條件下干燥6?8h。其它與【具體實施方式】一至十五之一相同。
【具體實施方式】 [0044] 十七：本實施方式與一至十六之一不同的是：步驟二 中所述的在溫度為30?40°C、攪拌速度為100?300r/min條件下攪拌4?8h。其它與具 體實施方式一至十六之一相同。
【具體實施方式】 [0045] 十八：本實施方式與一至十七之一不同的是：步驟二 中所述的在溫度為30?40°C、攪拌速度為200?300r/min條件下攪拌4?6h。其它與具 體實施方式一至十七之一相同。
【具體實施方式】 [0046] 十九：本實施方式與一至十八之一不同的是：步驟二 中所述的將生成的前驅(qū)體在70?100°C條件下，干燥6?10h，得到中間產(chǎn)物。其它與具體 實施方式一至十八之一相同。
【具體實施方式】 [0047] 二十：本實施方式與一至十九之一不同的是：步驟二 中所述的將生成的前驅(qū)體在80?100°C條件下，干燥6?8h，得到中間產(chǎn)物。其它與具體 實施方式一至十九之一相同。
【具體實施方式】 [0048] 二i^一 ：本實施方式與一至二十之一不同的是：步驟 三中所述的熱處理的條件為：在升溫速率為5?20°C /min的條件下，升溫至800?1400°C， 在惰性氣體流量為50?200mL/min的條件下，熱處理30min?5h。其它與一 至二十之一相同。
[0049]
【具體實施方式】二十二：本實施方式與【具體實施方式】一至二i^一之一不同的是：步 驟三中所述的熱處理的條件為：在升溫速率為10?20°C /min的條件下，升溫至1000? 1400°C，在惰性氣體流量為100?200mL/min的條件下，熱處理30min?4h。其它與具體實 施方式一至二i 之一相同。
[0050]
【具體實施方式】二十三：本實施方式與【具體實施方式】一至二十二之一不同的是：步 驟三中所述的熱處理的條件為：在升溫速率為15?20°C /min的條件下，升溫至1200? 1400°C，在惰性氣體流量為150?200mL/min的條件下，熱處理30min?2h。其它與具體實 施方式一至二十二之一相同。
[0051] 采用以下實施案例驗證本發(fā)明的有益效果：
[0052] 實施例一：
[0053] 本實驗的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，具體是按以下步驟進 行：
[0054] -、采用300°C對絲瓜絡(luò)進行預(yù)碳化；二、在溫度為30°C、攪拌速度為150r/min的 條件下將預(yù)碳化后的絲瓜絡(luò)和氯化鋅加入到80mL水溶液中，攪拌10h ;之后在100°C條件下 烘干；三、在室溫條件下對步驟二中得到的物質(zhì)進行熱處理，以15°C /min的升溫速率升溫 至600?1400°C，保溫30min?2h，惰性氣氛的流量為100mL/min，熱處理的氣氛為99. 99% 的氮氣；四、用酸浸法處理步驟三的產(chǎn)物，在酸液中超聲60min，用蒸餾水洗滌至pH為7.0， 然后在60°C真空（真空度為0?_0.05MPa)條件下干燥8h，即可得到以絲瓜絡(luò)為碳源制備 多孔納米碳材料。
[0055] 其中，步驟二中絲瓜絡(luò)與氯化鋅質(zhì)量比為1 :3。
[0056] 其中，步驟四所述酸浸法步驟如下：室溫條件下在質(zhì)量濃度為30%的鹽酸溶液中 超聲60min，即完成了酸浸處理；其中，超聲頻率為20KHz、超聲功率為200W。
[0057] 本實施例得到的高性能多孔納米碳材料的X射線衍射圖譜如圖1所示，通過圖1 可以知道本方法制備的碳材料在22. 3度和43度處有衍射峰，這說明了以絲瓜絡(luò)作為碳源 制備的納米碳材料具有較1?的石墨化。
[0058] 本實施例得到的高性能多孔納米碳材料的氮氣吸附脫附圖如圖2所示，通過圖2 可以說明以絲瓜絡(luò)作為碳源制備的納米碳材料具有較高的比表面積1600m 2/g。
[0059] 本實施例得到的高性能多孔納米碳材料的恒流充放電圖如圖3所示，通過圖3說 明以絲瓜絡(luò)作為碳源制備的納米碳材料具有較高的電容值（電容值可達300F/g)。
[0060] 本實施例得到的以絲瓜絡(luò)作為碳源制備的納米碳材料在800°C煅燒后的20000倍 透射電子顯微鏡圖片，從圖4中可以看出，樣品呈現(xiàn)片層多孔結(jié)構(gòu)，石墨化程度較高。
[0061] 實施例二：本實例與實施例一不同的是：步驟一采用500°C對絲瓜絡(luò)進行預(yù)碳化， 步驟三中采用以l〇°C /min的升溫速率升溫至900°C。其它步驟和參數(shù)與實施例一相同。
[0062] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0063] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0064] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
[0065] 實施例三：本實例與實施例一至實例二不同的是：步驟一采用600°C對絲瓜絡(luò)進 行預(yù)碳化，步驟三中采用以10°c /min的升溫速率升溫至1000°C。其它步驟和參數(shù)與實施 例一相同。
[0066] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0067] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0068] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
[0069] 實施例四：本實例與實施例一至三不同的是：步驟一采用600°C對絲瓜絡(luò)進行預(yù) 碳化，步驟三中采用以15°C /min的升溫速率升溫至1KKTC。其它步驟和參數(shù)與實施例一 相同。
[0070] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0071] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0072] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
[0073] 實施例五：本實例與實施例一至四不同的是：步驟二采用在溫度為50°C、攪拌速 度為200r/min的條件下將預(yù)碳化后的絲瓜絡(luò)和氯化鋅加入到80mL水溶液中，攪拌12h。其 它步驟和參數(shù)與實施例一相同。
[0074] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0075] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0076] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
[0077] 實施例六：本實例與實施例一至五不同的是：步驟二采用氫氧化鈉為活化劑，步 驟二中絲瓜絡(luò)、氫氧化鈉質(zhì)量比為1 :2。其它步驟和參數(shù)與實施例一相同。
[0078] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0079] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0080] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
[0081] 實施例七：本實例與實施例一至六不同的是：步驟三采用酸浸法處理步驟三的樣 品時在酸溶液中超聲30min，在用蒸餾水將其洗至PH為7. 0。其它步驟和參數(shù)與實施例一 相同。
[0082] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0083] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[0084] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
[0085] 實施例八：本實例與實施例一至七不同的是：步驟一和三中所述的惰性氣體為氮 氣、氬氣、氦氣中的一種或者其中幾種按任意比例混合而成的氣體。其它步驟和參數(shù)與實施 例一相同。
[0086] 本實施例制備的多孔納米碳材料，比表面積可達1600m2/g ;該方法制備的多孔納 米碳材料可用于超級電容器的電極材料，在lAg4的電流密度下比電容可達到300F/g。
[0087] 本實施例通過簡單的熱處理方法合成多孔高比表面積的的納米碳材料，與工業(yè)上 2000°C以上的制備方法相比較而言，反應(yīng)溫度為600?1400°C，所需能量少，所需設(shè)備簡單 易操作，生產(chǎn)成本低。
[〇〇88] 本實施例的碳源為絲瓜絡(luò)，是一種生物質(zhì)類納米碳材料，絲瓜是一種在我國南方 大多數(shù)的省區(qū)大量而集中生長的具有網(wǎng)狀纖維的植物，由于其低毒、少污染、其材料廉價易 得、低碳環(huán)保等，使其與其他類型的新型能源存儲材料（高分子聚合物、金屬氧化物和氫氧 化物）相比顯示出巨大的優(yōu)勢。
【權(quán)利要求】
1. 一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在于以絲瓜絡(luò)為原料制備 高性能多孔納米碳材料，方法如下： 一、 首先稱取絲瓜絡(luò)，然后在惰性氣體氣氛下、溫度為200?600°C的條件下煅燒至黑 色纖維狀，煅燒時間為30?60min，進行預(yù)碳化； 二、 向步驟一中預(yù)碳化后的絲瓜絡(luò)中加入活化劑，在溫度為30?50°C、攪拌速度為 50?300r/min條件下攪拌4?10h，得到前驅(qū)體；之后將生成的前驅(qū)體在50?100°C條件 下，干燥6?12h，得到中間產(chǎn)物；其中，絲瓜絡(luò)與活化劑的質(zhì)量比為1:1?5 ; 三、 將步驟二得到的中間產(chǎn)物進行熱處理，得到產(chǎn)物，其中熱處理的條件為：在升溫速 率為1?20°C /min的條件下，升溫至600?1400°C，在惰性氣體流量為30?200mL/min 的條件下，熱處理30min?6h ; 四、 用酸浸法處理步驟三所得產(chǎn)物，然后將酸浸法處理后的產(chǎn)物用蒸餾水洗至pH為 7. 0,在60?150°C的條件下干燥6?10h，或在40?80°C真空干燥6?10h，得終產(chǎn)物，即 為以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于步驟一中所述的預(yù)碳化溫度為在200?600°C范圍內(nèi)的任意溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于步驟二中所述的溶劑為水、乙醇中的一種或兩種按任意比例混合而成的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征 在于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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于步驟二中所述的絲瓜絡(luò)與活化劑的質(zhì)量比為1:5、1:4、1:3、1:2或1:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于步驟一和三中所述的惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或者其中幾種按任意比例混 合而成的氣體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于步驟四中所述的酸浸法步驟如下：室溫條件下，將步驟三得到的產(chǎn)物加入到質(zhì)量濃度為 30 %?60%的酸液中超聲30min?2h，即完成酸浸處理，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(chǎn)物與酸溶液的質(zhì)量體積比為lg :25mL。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于所述的超聲30min?2h，是在超聲頻率為3?30KHz、超聲功率為200?700W條件下，進 行的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特征在 于步驟四中所述的真空干燥條件為：在50?80°C的溫度下真空干燥6?8h。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種以生物質(zhì)為碳源制備多孔納米碳材料的方法，其特 征在于步驟四中所述的真空干燥的真空度為0?-0. 〇5MPa。
【文檔編號】C01B31/02GK104098083SQ201410336520
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】付宏剛, 欒玉婷, 蔣保江, 郭世恩, 郝蓉, 王蕾 申請人:黑龍江大學(xué)