[发明专利]一种多孔活性炭材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多孔活性炭材料及其制备方法与应用，包括如下步骤：将植物基碳质原料用去离子水水洗浸泡，去除固体杂质和可溶性杂质，备用；将尿素和葡萄糖的混合溶液均匀喷洒在清洗后的植物基碳质原料表面；将培养得到的微生物发酵剂均匀喷洒于植物基碳质原料表面，并进行不完全发酵；采用KOH氮气流煅烧碳化技术对发酵后的植物基碳质原料进行碳化，制得多孔活性炭材料。

技术领域

本发明属于能源化工领域，涉及一种多孔活性炭材料及其制备方法与应用，该多孔活性炭材料可在多种气体分子(NO_x、CO、VOC、SO₂、H₂等)、水污染物分子吸附存储以及超级电容的高循环充放电荷反应过程中广泛使用。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

通常采用植物基碳质原料制备活性炭主要有以下两个步骤：(1)碳质原料在800℃以下无氧条件下的碳化；(2)碳化产物(焦)的活化。不同碳化和活化方法一定程度上影响植物基碳质原料灰分中不溶性的SiO₂、无机矿物、有机矿物的脱落和去除以及表面化学键裂解释放。碳质原料中不溶性矿质杂质的脱落和去除将促进产物表面形成更多大、中、微孔隙，从而获得不同纳米结构的多孔活性炭，帮助提高活性炭比表面积以及吸附性能。然而，植物基碳质原料制备的活性炭的吸附性能往往被碳质原料灰分中残留的各种不溶性矿质杂质(主要包括不溶性的SiO₂、无机矿物，如CaCO₃、CaO、MgO、白云石、硅基蛋白石、氯化物或钙、钾的磷酸盐等)所阻碍，通常的活性炭制备、制造环节又无针对矿质的去除环节，使得植物基碳质原料制备的活性炭的吸附性能受到限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多孔活性炭材料及其制备方法与应用，该活性炭材料可在多种气体分子(NO_x、CO、VOC、SO₂、H₂等)、水污染物分子吸附存储以及超级电容的高循环充放电荷反应过程中广泛应用。本发明以含碳量高、利用率低的植物组织为原料，可解决农业废弃物的回收利用率低的问题，有利于减少碳质废料向CO₂的转换，符合碳达峰、碳中和理念。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种多孔活性炭材料的制备方法，包括如下步骤：

将植物基碳质原料用去离子水水洗浸泡，去除固体杂质和可溶性杂质，备用；

将尿素和葡萄糖的混合溶液均匀喷洒在清洗后的植物基碳质原料表面；

将培养得到的微生物发酵剂均匀喷洒于植物基碳质原料表面，并进行不完全发酵；

采用KOH氮气流煅烧碳化技术对发酵后的植物基碳质原料进行碳化，制得多孔活性炭材料。

第二方面，本发明提供一种多孔活性炭材料，由所述制备方法制备得到。

第三方面，本发明提供所述多孔活性炭材料在作为吸附剂或制备超级电容中的应用。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

本发明提供的方法以含碳量高、利用率低的植物组织为原料，原料富含大量碳质、拥有复杂的三维结构，且其获取简单、价格低廉。相对于生物、食品工业中的完全发酵法，未完全发酵技术发酵周期更短，相同时间内对农业废弃物的利用率更高，可解决绝大多数农业废弃物的回收再利用问题，大力减少碳质废料向大气中CO₂转换。