[发明专利]生物质活性炭材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种生物质活性碳材料的制备方法及其应用；所述制备方法包括以下步骤：(1)将浒苔洗涤并烘干得到碳源；(2)将步骤(1)中所得的碳源与过氧化氢混合活化，得到碳材料前驱体；(3)将步骤(2)中所得的碳材料前驱体在惰性环境中碳化后制得浒苔活性碳材料。本发明采用过氧化氢作为活化剂，并且利用对浒苔先活化再碳化的方法，制备的活性碳材料具有大量的介孔与大孔，极大的提高了比表面积及孔隙率。因此，本发明制备的活性碳材料具有优异的电化学性能，在电容器储能器件以及其他电极材料中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，具体涉及一种生物质活性炭材料的制备方法及其应用。

背景技术

生物质是指任何可再生或可循环的有机质，包括所有的动物、植物和微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机质，具有价格低廉、来源丰富、环境友好等特点。部分海洋生物在水质污染较严重的时候就会疯狂繁殖、生长，需要由人力来打捞，浪费大量的人力、物力和财力。以浒苔为例，浒苔属绿藻纲，石莼科藻类植物，由单层细胞组成，广泛分布于全世界各海洋中。正常情况下与菌类一起共同保持着自然水体中的有机物与无机盐、水质的清洁与污浊、上下游食物链等海洋生态平衡。浒苔本身无毒，但是由于人类社会污水的肆意排放、海水养殖业使用饲料无度以及全球变暖、海水升温等因素导致浒苔大规模爆发，在世界范围内引发多次绿潮灾害。从2008年6月开始，大量浒苔从黄海中部海域票一直青岛附近海域，青岛近海海域及沿岸遭遇了突如其来、历史罕见的浒苔自然灾害。到目前为止，青岛已经连续多年遭遇大规模浒苔登陆。大量浒苔漂浮聚集到岸边，阻塞航道，同时浒苔大量堆积后腐烂繁殖时需要消耗大量的氧气，散发恶臭气味，同时破坏海洋生态系统，严重威胁沿海渔业、旅游业发展。据了解，仅青岛市每年打捞浒苔就近百万吨之多。如何在短时间内消耗大量的浒苔，将浒苔变废为宝是拯救海洋生态环境的一个重大课题。

近年来，碳材料因为具有优异的导电性，良好的机械延展性、丰富的孔结构以及比表面积可调等特点受到了广泛关注。目前，使用传统制备活性炭的工艺方法制造的活性炭，比表面积相对较小，孔分布较少，极大限制了高性能储能器件的发展。因此，由可再生的生物质材料制备高比表面积、孔隙发达的碳材料成为研究热点。

公开号为CN106477574A、CN104167301B、CN106744784B、CN108400018A的专利文献公开了一些利用浒苔制备碳材料的方法，这些方法通过碳化活化过程，保留浒苔纤维原管状结构的基础上，在浒苔管壁上形成大量的微孔与介孔，制备得到基于浒苔的多孔碳材料，增大了其比表面积及孔隙率。

但是，上述方法所采用的活化剂均为氢氧化钾、氢氧化钠、盐酸、磷酸等，其造孔能力有限，最终得到的碳材料的比表面积及孔隙率不能满足应用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质活性炭材料的制备方法及其应用，提高活性炭材料的比表面积及孔隙率。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种生物质活性炭材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将浒苔洗涤并烘干得到碳源；

(2)将步骤(1)中所得的碳源与过氧化氢混合活化，得到碳材料前驱体；

(3)将步骤(2)中所得的碳材料前驱体在惰性环境中碳化后制得浒苔活性炭材料。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，烘干温度为60-120℃。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，碳源与过氧化氢的质量比为2-20:1。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，活化温度为100-150℃，活化时间为1-3h。

作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，以1-5℃/min的升温速率升温至700-900℃的碳化温度，保持1-3h，然后冷却。