[发明专利]一种以废弃物椰壳为原料制备石墨烯材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质石墨烯，特别是涉及一种以废弃物椰壳为原料制备石墨烯的方法，属于生物质石墨烯制备领域。

背景技术

废弃物椰壳高比表面积活性炭作为一种新型的炭材料，具有吸附性能优良、功能应用广泛和附加值高的特点，较普通活性炭具有高吸附能力和大存储容量，因而可以应用于气体分离、电池电极和储能材料[王国栋，邓先伦，朱光真等，KOH活化高比表面积椰壳活性炭的制备及其性质研究，林产化学与工业，2013年，第33卷第2期，108-112]。

椰壳活性炭外观为黑色，呈破碎状，具有孔隙发达、吸附性能好、强度高、易再生、经济耐用等优点，是一种应用非常广泛的多孔吸附材料，尤其是CO₂气体的吸附性能好[Jie Yang,Limin Yue,and Liping Guo等，Efficient CO2Capture by Porous Carbons Derived from Coconut Shell，Energy Fuels 2017,31,4287-4293]。将多孔材料利用化学物质进行表面和孔结构的改性，提高吸附剂性能,制备超级电容,其性能优异[Juan Mi,Xiao-Rong Wang,and Wen-Cui Li，Coconut-Shell-Based Porous Carbons with a Tunable Micro/Mesopore Ratio for High-Performance Supercapa，Energy Fuels 2012,26,5321-5329]。

椰子壳活性炭广泛应用于工农业生产的各个方面，如石化行业的无碱脱臭(精制脱硫醇)、乙烯脱盐水(精制填料)、催化剂载体(钯、铂、铑等)、水净化及污水处理；电力行业的电厂水质处理及保护；化工行业的化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收及油脂等的脱色、精制；食品行业的饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色；黄金行业的黄金提取、尾液回收；环保行业的污水处理、废气及有害气体的治理、气体净化；以及相关行业的香烟滤嘴、木地板防潮、吸味、汽车汽油蒸发污染控制，各种浸渍剂液的制备等。

现有技术尚未发用以废弃物椰壳为原料制备石墨烯的方法，同时现有技术工业化生产石墨烯过程中，一般是以石墨粉为原料，用氧化还原法获得，这个生产工艺要使用浓硫酸，生产成本高，对环境污染大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种高效率，成本低，安全环保的以废弃的椰子壳为原料制备生物质石墨烯的方法，所得生物质石墨烯为多层石墨烯。

椰壳来源于天然的生物质，为棕榈科植物椰子的内果皮，含木质素36.51％、纤维素53.06％、戊聚糖29.27％，质地坚硬。目前全世界椰壳产量约为8000t左右,将椰壳任意丢弃，不仅污染生态环境，危害人类健康，而且占用了宝贵的土地资源，因此，加强对椰壳资源的综合利用具有十分重要的意义。

废椰壳除了通常应用于工艺品、复合增强材料、家具、纺织、食品等领域外.椰壳作为农林废弃物，其具有特殊的组织结构、密实度高、灰分低、机械强度高等特点，有利于微孔结构的生成，是制备活性炭的优质原料。用于各种废水和废气的处理，也可用作优良的载体担载催化剂催化降解有机废水和废气以及催化合成有机化合物[蒋柏泉，曾芳，曾庆芳等，椰壳活性炭的制备及吸附酸性大红GR染料动力学，工业水处理2014-06，34(6)，17-19]。但将废弃物椰壳制备为生物质石墨烯的方法未见报道。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种以废弃物椰壳为原料制备石墨烯材料的方法，包括如下步骤：

1)将干燥好的废弃物椰壳粉碎，获得废弃物椰壳粉末；

2)将步骤1)所得废弃物椰壳粉末，在N₂气氛条件下，升温到450‐800℃保温1～2小时；继续升温到800～1000℃，保温0.5～2小时，缓慢降至25～35℃，获得椰壳预碳化产物；

3)将步骤2)所得预碳化产物与反应原料混合，预碳化产物与反应原料的重量比为1：1～5，在N₂气氛条件下，升温到800～900℃保温1～2小时；继续升温到900～1200℃，保温0.5～2小时，缓慢降至室温，获得废弃物椰壳生物质石墨烯；所述反应原料为氯化锌﹑硝酸锌和氢氧化钾中的一种或多种。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述升温到450‐800℃控制升温速度为0.5～2.0℃/分钟。

优选地，所述继续升温到900～1200℃，控制升温速度为3.0～5.0℃/分钟。