[发明专利]一种基于黄麻的含氮多孔碳的制备方法及其应用

说明书

本发明属于无机纳米材料领域，涉及利用黄麻织物制备具有高比面积的含氮多孔碳材料，特别是指一种基于黄麻的含氮多孔碳的制备方法及其应用。将黄麻织物洗涤干净，然后浸渍、负载活化剂草酸钾和含氮前驱体尿素，之后将其放在管式炉中，在惰性保护气氛中高温碳化制得含氮多孔碳。实验结果表明该材料具有高比表面积、良好的亲水性和稳定性，对低浓度阴离子型染料甲基橙的吸附容量可达755.18mg/g，性能优于商业化活性炭粉末及已报道的绝大多数生物质基含氮多孔碳。本发明制备方法简便，原料为可再生资源、成本低，生产效率也高，易于大规模工业化应用。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，涉及利用黄麻织物制备具有高比面积的含氮多孔碳材料，特别是指一种基于黄麻的含氮多孔碳的制备方法及其应用。

背景技术

多孔碳材料因具有比表面积高、孔隙结构清晰、热稳定性和化学稳定性好、电导率高、密度低等优点，而被广泛应用于污染物吸附、储能能量转换和电化学传感等方面。传统的多孔炭材料（如活性炭）通常采用热解或水热处理，然后经由化学或物理方法活化有机前驱体进行制备，成本相对较高。另外，纯碳材料存在疏水性强、给电子能力差等缺点，限制了它的使用范围，因此通常要对碳材料掺入其他杂原子进行改性。氮原子与碳原子在结构上非常相近，可以通过控制制备过程用氮原子取代碳原子。在多孔碳材料中引入氮原子，可以调节多孔碳材料的孔隙结构，改变材料的表面组成，提高材料的亲水性，增强材料的导电性能，极大地扩大了多孔碳材料的应用范围。

基于可再生的生物质资源制备含氮多孔碳材料并将其应用于吸附、电池和超级电容器等领域引起了研究者们的广泛关注。生物质衍生的多孔碳不仅环保、成本低廉，而且易于制备。生物质是指可用于合成多孔碳材料并进行多种应用的植物、植物源、动物源、工业源、污水源或城市源废物衍生材料。目前，最常见的用于合成各种多孔碳材料的前驱体有樱桃核，咖啡壳，香蕉皮，杏仁壳，玉米棒，棉花秸秆，枣核，橄榄核，米糠，稻壳，稻草，甘蔗渣，锯末，茶叶废料，核桃壳、榴莲壳、草本残留物、杏渣、橙子皮、油棕纤维、椰壳等等（参见（Auta M, Hameed B H. Preparation of waste tea activated carbon usingpotassium acetate as an activating agent for adsorption of Acid Blue 25 dye[J]. Chemical Engineering Journal, 2011, 171(2): 502-509.）；（González-Domínguez J M, Alexandre-Franco M, Fernández-González C, et al. Activated carbonfrom cherry stones by chemical activation: Influence of the impregnationmethod on porous structure[J]. Journal of Wood Chemistry and Technology,2017, 37(2): 148-162.）；（Wong S, Ngadi N, Inuwa I M, et al. Recent advances inapplications of activated carbon from biowaste for wastewater treatment: ashort review[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 175: 361-375.））。