[发明专利]一种硫-活性炭/石墨烯复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种硫-活性炭/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)生物质原料预处理；

生物质原料的预处理包含预干燥、破碎、筛分、洗涤、固液分离、烘干中的一步或两步以上；

生物质原料包含农林业资源及废弃物、轻工业资源及废弃物中的一种或两种以上；

(2)预处理过的生物质原料与石墨烯和活化剂混合，形成固体混合物料；

所述石墨烯为纯石墨烯或杂原子掺杂的石墨烯中的一种；所述的杂原子掺杂石墨烯包含氮掺杂石墨烯，磷掺杂石墨烯，硫掺杂石墨烯，硼掺杂石墨烯，氮磷共掺杂石墨烯，氮硫共掺杂石墨烯，氮硼共掺杂石墨烯，磷硫共掺杂石墨烯，磷硼共掺杂石墨烯，硫硼共掺杂石墨烯，氮磷硫共掺杂石墨烯，氮磷硼共掺杂石墨烯，氮硫硼共掺杂石墨烯，磷硫硼共掺杂石墨烯，氮磷硫硼共掺杂石墨烯中的一种；

所述的活化剂包含KOH、NaOH、ZnCl₂、K₂CO₃、Na₂CO₃、H₃PO₄、H₂SO₄中的一种；

混合方式采用浸渍、搅拌、超声、高速剪切、球磨中的一种；

(3)固体混合物料经活化、洗涤、固液分离、干燥，得到活性炭/石墨烯复合材料；

固体物料的活化温度为350～600℃；活化时间为60～96h；

活化后物料的洗涤使用水、水溶性无机酸、水溶性有机酸、水溶性无机碱、水溶性有机碱中的一种；

固液分离使用多孔聚合物袋或膜进行；

干燥方式为冷冻干燥、鼓风或真空干燥中的一种；

(4)活性炭/石墨烯复合材料与硫复合，得到硫-活性炭/石墨烯复合材料；

复合过程包括提纯、固液分离、干燥，硫与活性炭/石墨烯复合材料的复合方式使用以下方式中的任一种：

1)液相浸渍法包含以下步骤：

①硫源分散在溶剂中；所述硫源与溶剂的混合方法采用浸渍、超声、搅拌、球磨、高速剪切中的一种；

②硫源与活性炭/石墨烯复合材料混合，固液分离，干燥，得到硫-活性炭/石墨烯复合材料；所述液相浸渍法制备的硫-活性炭/石墨烯复合材料中的硫的质量百分含量介于10％到90％之间；所述的液相浸渍法中的硫源包含硫脲、NaS_x、(NH₄)₂S、(NH₄)₂S₂O₈、H₂S、NaHSO₃、Na₂S₂O₃、Na₂SO₃、Na₂SO₄、CS₂、硫醇、硫醚、砜、亚砜、硫叶立德、硫酚、硫取代醛、硫取代酮、硫取代胺、硫取代醇胺、硫取代酰胺、硫取代羧酸、硫取代羧酸的衍生物、含硫杂环化合物、二硫化物、多硫化物、异硫氰酸盐、有机含硫聚合物中的一种；

含硫有机化合物使用有机溶剂作为分散剂，含硫无机化合物使用表面活性剂的水溶液作为分散剂；分散剂与活性炭/石墨烯复合材料的比例控制在1-100ml/g之间；

所述的有机溶剂包含液体醇类、液体胺类、液体醇胺类、液体酮类、液体醚类、液体酯类、液体羧酸类、液体醛类、液体杂环化合物、液体砜、液体亚砜、液体酰胺类、苯、甲苯、四氯化碳、二硫化碳、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氯仿、二氯甲烷、乙腈中的一种；

所述的表面活性剂包含季铵化合物、硫酸化油、高级脂肪醇硫酸酯类、肥皂类、脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物、烷基萘磺酸化物、卵磷脂、氨基酸性两性离子表面活性剂、甜菜碱型两性离子表面活性剂、脂肪酸甘油酯、多元醇、聚氧乙烯型非离子表面活性剂、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种；所述的表面活性剂水溶液的浓度介于0.0001摩尔/升到0.5摩尔/升之间；

2)加热熔融法包含以下步骤：

①硫源与活性炭/石墨烯复合材料混合热处理，得到粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料；所述的加热熔融法中硫源与活性炭/石墨烯复合材料的混合方式为机械混合、超声混合中的一种；所述机械混合包含球磨或搅拌；

②粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料提纯，固液分离，干燥，得到硫-活性炭/石墨烯复合材料；

3)高能球磨法包含以下步骤：

①硫源与活性炭/石墨烯复合材料混合研磨，得到粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料；

②粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料提纯，固液分离，干燥，得到硫-活性炭/石墨烯复合材料；

4)沉淀法包含以下步骤：

硫源溶液与活性炭/石墨烯复合材料混合，加入沉淀剂，固液分离，提纯，干燥；

所述硫源与活性炭/石墨烯复合材料的混合方式包含磁力或机械搅拌混合、超声混合中的一种；

5)溶剂热法包含以下步骤：

①硫源、溶剂与活性炭/石墨烯复合材料混合，溶剂热反应，固液分离，得到粗制的硫-活性炭/石墨烯复合材料；

②复合材料提纯，固液分离，干燥，得到硫-活性炭/石墨烯复合材料；

所述的超声的频率为20千赫兹到30千赫兹，功率密度500瓦到1000瓦，时间10分钟到30小时，温度20℃到60℃；

所述的搅拌采用磁力或/机械搅拌，时间为3小时到60小时，搅拌温度20℃到60℃；

所述的高速剪切的工作温度为20℃到60℃；转速为50转/分到3000转/分；剪切时间为0.5小时到72小时；剪切中所加分散剂为水；

所述的浸渍时间为2小时到144小时；浸渍温度为20℃到60℃。