1.一種氮摻雜葛根基介孔活性炭的制備方法,其特征在于,以植物葛根為碳源、進(jìn)行氮摻雜以及活化處理制備得到;其氮含量為0.2~16%、微孔體積為0.1~0.8cm3/g、介孔體積為0.5~3.4cm3/g、總比表面積為1000~3300m2/g、介孔體積比率為50~95%、孔徑分布為1~5nm、平均孔徑為2~4nm;制備方法包括如下步驟中的部分或者全部:
(1)以葛根粉末為固相、以水為液相、液/固質(zhì)量比為0.5~20,將葛根粉末與水的混合物置于高壓水熱反應(yīng)釜中,其體積填充率為0.2~0.9,將反應(yīng)釜置于150~300℃下,水熱處理8~24h之后冷卻到室溫,將水熱產(chǎn)物進(jìn)行固液分離并洗滌至中性,然后將固體物在80~120℃下干燥至恒重,制備出葛根基水熱碳焦;
(2)分別將葛根粉末、或葛根基水熱碳焦與氮源按10:1~1:1的質(zhì)量比計(jì)量、并與水混合、控制液/固質(zhì)量比為0.5~20,在室溫下攪拌10~30min,然后將混合物轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中,其體積填充率為0.2~0.9,將反應(yīng)釜置于120~300℃下,水熱處理8~24h之后冷卻到室溫,將水熱產(chǎn)物進(jìn)行固液分離并洗滌至中性,然后將固體物在80~120℃下干燥至恒重,制備出氮摻雜葛根基水熱碳焦;
(3)分別將葛根粉末、或葛根基水熱碳焦、或氮摻雜葛根基水熱碳焦置于高溫爐中、惰性氣氛下500~1300℃碳化處理0.5~12h后隨爐冷卻到室溫,分別制備出葛根基炭材料、或水熱葛根基炭材料、或氮摻雜葛根基水熱炭材料;
(4)分別將葛根粉末,或葛根基水熱碳焦,或葛根基炭材料,或水熱葛根基炭材料與活化劑按10:1~1:10的質(zhì)量比計(jì)量,并與水混合,控制液/固質(zhì)量比為0.5~20,在室溫下攪拌1~12h,然后將其在50~120℃下烘干、研磨得到含活化劑的均勻混合物;再將混合物置于高溫爐中惰性氣氛下500~1300℃處理0.5~12h后隨爐冷卻到室溫,取出樣品后分別采用酸溶液和蒸餾水洗滌至中性,然后將所得固體物置于干燥箱中80~120℃干燥至恒重,制備出葛根基多孔活性炭材料;
(5)分別將葛根粉末、或葛根基水熱碳焦、或葛根基炭材料、或水熱葛根基炭材料、或葛根基多孔活性炭材料與氮源按10:1~1:1的質(zhì)量比計(jì)量、并與水混合,控制液/固質(zhì)量比為0.5~20,在室溫下攪拌1~12h,然后將其在50~120℃下烘干、研磨得到含氮的均勻混合物;
或者分別將葛根粉末、或葛根基水熱碳焦、或葛根基炭材料、或水熱葛根基炭材料與氮源按10:1~1:1、與活化劑按10:1~1:10的質(zhì)量比計(jì)量,并與水混合,控制液/固質(zhì)量比為0.5~20,在室溫下攪拌1~12h,然后將其在50~120℃下烘干、研磨得到含氮及含活化劑的均勻混合物;
或者分別將氮摻雜葛根基水熱碳焦、或氮摻雜葛根基水熱炭材料與活化劑按10:1~1:10的質(zhì)量比計(jì)量,并與水混合,控制液/固質(zhì)量比為0.5~20,在室溫下攪拌1~12h,然后將其在50~120℃下烘干、研磨得到含活化劑的均勻氮摻雜混合物;
分別將上述含氮的均勻混合物、或含氮及含活化劑的均勻混合物、或含活化劑的均勻氮摻雜混合物置于高溫爐中在惰性氣氛下500~1300℃處理0.5~12h后隨爐冷卻到室溫,取出樣品后分別采用酸溶液和蒸餾水將樣品洗滌至中性,然后將所得固體物置于干燥箱中80~120℃干燥至恒重,制備出氮摻雜葛根基介孔活性炭材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料的制備方法,其特征在于,所述的葛根粉末,制備方法為:將葛根表面用清水洗凈除去泥沙,切成厚度為0.1~5mm的片狀,在50~120℃下干燥1~48h,得到干基葛根片,再將干基葛根片粉碎,通過10~200目篩分、收取篩下物,得到葛根粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料的制備方法,其特征在于,所述的氮源為三聚氰胺、三聚氰胺酚醛樹脂、尿素、硫脲、乙二胺、烏諾托品、二氰二胺、聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈、g-C3N4中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料的制備方法,其特征在于,所述的活化劑為水溶性的碳酸鹽、磷酸鹽、鹵素鹽、硫酸鹽、氫氧化合物的一種或兩種以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料的制備方法,其特征在于,所述的惰性氣氛是指氮?dú)?、氬氣、二氧化碳?xì)庵械囊环N或兩種以上的混合物,其中單一氣體的純度大于等于99.9%,混合氣體的流量為5~500ml/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料的制備方法,其特征在于,所述的酸溶液為鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、醋酸、檸檬酸、甲酸中的一種或兩種以上,酸溶液的濃度為0.1~5mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料的制備方法,其特征在于,所述的水熱高壓反應(yīng)釜,其內(nèi)膽為聚四氟乙烯材質(zhì)、外殼為不銹鋼材質(zhì);所述的高溫爐是指管式爐、坩堝爐、還原爐、真空爐中的任意一種,并可采用任意加熱方式。
8.權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的制備方法得到的氮摻雜葛根基介孔活性炭材料在電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用。