CN108928819A - 一种氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法 - Google Patents
一种氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108928819A CN108928819A CN201710386120.3A CN201710386120A CN108928819A CN 108928819 A CN108928819 A CN 108928819A CN 201710386120 A CN201710386120 A CN 201710386120A CN 108928819 A CN108928819 A CN 108928819A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous carbon
- oxidant
- permanganate
- mixture
- carbon material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 64
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 41
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000001994 activation Methods 0.000 claims description 34
- 240000008289 Quercus suber Species 0.000 claims description 23
- 235000016977 Quercus suber Nutrition 0.000 claims description 23
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 19
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 claims description 18
- 239000007799 cork Substances 0.000 claims description 18
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 18
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 18
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 15
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 12
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 12
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 9
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 9
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 claims description 8
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims description 8
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 8
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 8
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 8
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 7
- 244000299507 Gossypium hirsutum Species 0.000 claims description 7
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 claims description 7
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 7
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 claims description 6
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 claims description 6
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 claims description 6
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 claims description 6
- 240000007049 Juglans regia Species 0.000 claims description 6
- 235000009496 Juglans regia Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000003956 Luffa Nutrition 0.000 claims description 6
- 244000050983 Luffa operculata Species 0.000 claims description 6
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 claims description 6
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 claims description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 claims description 6
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 claims description 6
- -1 acerdol Chemical compound 0.000 claims description 6
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 claims description 6
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 235000020234 walnut Nutrition 0.000 claims description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010907 stover Substances 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JYLNVJYYQQXNEK-UHFFFAOYSA-N 3-amino-2-(4-chlorophenyl)-1-propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC(CN)C1=CC=C(Cl)C=C1 JYLNVJYYQQXNEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JHWIEAWILPSRMU-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-3-pyrimidin-4-ylpropanoic acid Chemical compound OC(=O)C(C)CC1=CC=NC=N1 JHWIEAWILPSRMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 3
- NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCN1C=C[N+](C)=C1 NJMWOUFKYKNWDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 244000198134 Agave sisalana Species 0.000 claims description 2
- 240000000560 Citrus x paradisi Species 0.000 claims description 2
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 claims description 2
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 2
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 claims description 2
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 claims description 2
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 241001506047 Tremella Species 0.000 claims description 2
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 claims description 2
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 claims description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 claims 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 claims 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005554 pickling Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 13
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 12
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RDVQTQJAUFDLFA-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd][Cd][Cd][Cd][Cd][Cd][Cd][Cd][Cd] RDVQTQJAUFDLFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- JOSWYUNQBRPBDN-UHFFFAOYSA-P ammonium dichromate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O JOSWYUNQBRPBDN-UHFFFAOYSA-P 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 241000124033 Salix Species 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- XAQCJVGGJJFLPP-UHFFFAOYSA-L azane;hydroxy-(hydroxy(dioxo)chromio)oxy-dioxochromium Chemical class N.N.O[Cr](=O)(=O)O[Cr](O)(=O)=O XAQCJVGGJJFLPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 244000285940 beete Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011222 chang cao shi Nutrition 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- PXLIDIMHPNPGMH-UHFFFAOYSA-N sodium chromate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Cr]([O-])(=O)=O PXLIDIMHPNPGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KIEOKOFEPABQKJ-UHFFFAOYSA-N sodium dichromate Chemical class [Na+].[Na+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KIEOKOFEPABQKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010129 solution processing Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/01—Crystal-structural characteristics depicted by a TEM-image
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/16—Pore diameter
- C01P2006/17—Pore diameter distribution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种氧化剂氧化还原制备生物质基石墨化分级多孔碳材料的方法，它包括氧化剂和生物质前驱体，其中氧化剂与生物质前驱体质量比为大约0.5:1.0~10:1.0。称取定量的氧化剂和生物质前驱体进行混合均匀，再按氧化剂与水的质量:体积比0.01:1.0~1.0:1.0(g/ml)称取确定体积的水与前驱体氧化剂混合均匀，煮沸蒸干，惰性气氛保护下同步碳化活化，再经盐酸洗和水洗，即得石墨化分级多孔碳材料。本发明还公开了由该方法制得的分级多孔碳作为超级电容器电极材料。
Description
技术领域
本发明属于多孔碳材料制备技术领域，具体公开了以氧化剂为活化剂，通过氧化剂溶液处理碳化前驱体，经干燥、同步碳化和活化制备石墨化微孔-中孔复合分级多孔碳材料的方法，充分利用氧化剂与碳化前驱体之间进行的氧化还原反应，达到了分级造孔的目的。
背景技术
目前，常规制备多孔碳的方法是先碳化后活化，活化是其关键步骤，其产物多孔碳具有典型的微孔特征。活化主要有物理活化法、化学活化法和模板法三种工艺，物理活化法是以H2O与CO2等气体为造孔活化剂，在700 ℃以上，持续通入活化气体对碳化前驱体进行刻蚀活化制得多孔碳材料，如公开号为CN101397136A、CN104591183A的发明专利均采用物理活化法制备多孔碳。化学活化法是以KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3、ZnCl2、H3PO4等化学试剂为活化剂，将前驱体与活化剂按设定质量配比，两者混合均匀，经高温活化处理，经酸洗、水洗、干燥即得微孔碳材料，如公开号为CN102502628A、CN101332992A、CN102718213A、CN103408012A、CN103449433A的发明专利，均采用不同的化学活化剂制备多孔碳。模板法是以具有特定形貌的材料为模板，将有机物注入模板，经高温处理后，采用特定方法移除模板制得与模板结构相似的多孔碳。模板种类繁多，其中，硬模板因其可以较好的控制孔结构，是目前最常用的一类模板，如公开号为CN1724344A、CN102976305A、CN105664848A的发明专利，采用硬模板制备多孔碳材料。常见的硬模板有介孔氧化硅、沸石等，采用硬模板制备多孔碳时，需要使用HF、强碱等化学试剂来移除硬模板，该法对环境有一定污染。软模板法也是常采用的方法，常用软模板有嵌段共聚物、离子胶团、结构特殊的表面活性剂和有机化合物等，相对于硬模板，移除软模板比较容易，在高温碳化或活化过程中，即被热解挥发脱除了，但是该法成本相对较高，如公开号为CN103833003A、CN105692583A的发明专利，即采用了不同软模板制备多孔碳材料。依据不同的制备方法，其所制备的多孔碳的结构、物理化学性质及其吸附性能有很大差异，因此研究多孔碳材料制备新技术具有广泛的应用前景。
目前，利用氧化剂与前驱体间的氧化还原反应来制备多孔碳的研究还鲜见报道。通常，氧化剂在多孔碳的制备过程中多用作表面改性剂，对碳材料进行表面改性，如公开号为CN103626150A、CN104959110A的发明专利使用高锰酸钾对碳材料进行表面改性；公开号为CN102208661A的发明专利使用重铬酸钾对碳材料进行表面修饰，改变材料表面特性。目前仅发现公开号为CN102381703A的发明专利报道了一种用麻杆制备活性碳的方法，其中使用了一种氧化剂—低浓度高锰酸钾(质量浓度为0.2~1.0 %)作为活化剂，将预处理绝干料与活化剂溶液按照质量比1~6:100混合均匀，经干燥、700~900 ℃碳化活化后得粉末活性碳样品。本专利说明书公开了采用系列氧化剂为活化造孔剂，使用高质量比(氧化剂:前驱体重量比)条件，制备石墨化的微孔-中孔分级多孔碳材料的方法。
分级多孔碳富含中孔和微孔，应用于超级电容器和离子电池电极材料，其性质明显区别于以微孔为主的多孔碳材料，分级多孔碳的微孔为电荷的累积提供活性位点，中孔为电解液离子的扩散提供通畅的通道，降低电解液离子在孔中的传输阻力，并缩短电解液离子在孔中的传输距离，利于获得高功率密度(Wang Dawei, Li Feng, Liu Min, LuGaoqing, Cheng Huiming. Angewandte Chemie International Edition, 2008, 47(2):373-376.)。而且提高分级多孔碳的石墨化程度，也有利于适量地提高材料的导电性(MunYeongdong, Jo Changshin, Hyeon Taeghwan, Lee Jaehyuk, Ha Kyoung-Su, Jun Ki-Won, Lee Sang-Hyup, Hong Seok-Won, Lee Hyung Ik, Yoon Songhun, Lee Jinwoo.Carbon, 2013, 64: 391-402.)，其作为超级电容器和离子电池的电极材料，能获得高功率密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨化的分级多孔碳材料的制备技术，以氧化剂为活化剂，通过氧化剂溶液处理碳化前驱体，经干燥、同步碳化和活化制备石墨化微孔-中孔复合分级多孔碳材料的方法，其充分利用了氧化剂中高价元素与碳元素间的氧化还原反应来造孔，该方法的具体步骤如下。
1. 原料预处理和配料：原料前驱体粉碎成粉末，过40目筛，水洗粉末、过滤2~4次后，置于70~100 ℃干燥12~24 h，按照前驱体干基与氧化剂质量比(g/g)为0.5:1.0~10:1.0，优选0.75~5.0:1.0，更优选1.0~3.0:1.0，最优选1.25~2.0:1.0配料，称取定量的前驱体和氧化剂，粉碎混合均匀，得到前驱体氧化剂混合物。按照氧化剂与水的质量:体积比(g/ml)为0.01:1.0~1.0:1.0，优选0.015:1.0~0.5:1.0，更优选0.02:1.0~0.2:1.0，最优选0.03:1.0~0.1:1.0，称取确定体积的水与前驱体氧化剂混合均匀，于70~100 ℃煮沸蒸发干燥，得到前驱体氧化剂干基混合物。
2. 上述1项中，前驱体氧化剂干基混合物置于惰性气氛高温炉中，加热升温进行碳化活化，控制温度范围为400~1000 ℃，优选500~800 ℃，更优选550~750 ℃，最优选550~700 ℃，控制时间为0.5~8.0 h，优选1.0~6.0 h，更优选2.0~5.0 h，最优选2.5~4.0 h，惰性气体流速100~300 ml/min，惰性气氛高温炉自然降至室温，得到碳化产物。
3. 上述2项中，碳化产物洗涤：碳化产物先置于过量的热盐酸溶液中浸渍2.0~5.0h，进行酸洗，过滤，再用去离子水反复洗涤，直至pH=6.0~7.0，70~100 ℃干燥，制得石墨化的分级多孔碳材料。
4. 上述3项中，石墨化分级多孔碳材料的应用：石墨化分级多孔碳制作超级电容器和离子电池的电极，与电解液组装超级电容器和离子电池。
5. 上述1项中，所述的原料前驱体包括栓皮栎软木、果木、松木、豆根、丝瓜络、柳絮、木棉纤维、棉花纤维、杨絮、柳絮、苎麻纤维、剑麻纤维、菌丝纤维、***杆、亚麻杆、焦麻杆、玉米芯、玉米秸秆、小麦秸秆、稻秆、稻壳、花生壳、甘蔗渣、甘蔗皮、柚子皮、银耳、黑木耳、大豆、椰壳、核桃壳。
6. 上述1项中，所述的氧化剂包括高锰酸钾、高锰酸铵、高锰酸钠、高锰酸锂、高锰酸钙、高锰酸钡、高锰酸锌、高锰酸镁、高锰酸镉、高锰酸铷、重铬酸钾、重铬酸铵、重铬酸钠中的一种或两种以上的氧化剂。
7. 上述2项中，所述的惰性气体包括氩气、氖气或氮气。
8. 上述3项中，所述的碳化产物的酸洗涤条件为1.0~6.0 M 盐酸溶液，在50~80℃浸渍2~5 h。
9. 上述4项中，所述的电解液，包括KOH、Na2SO4、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm]BF4)、H2SO4、双吡咯烷螺环季铵盐(SBP BF4)。
10. 上述4项中，所述的应用还应包括电池用电极材料与气体吸附材料。
本发明所述方法及所制备材料具备以下优点。
(1) 本发明的使用氧化剂作为活化剂，活化效果明显。
(2) 本发明的工艺过程碳化活化同步进行，优化了常规活性碳的制备工艺。
(3) 本发明制备的碳材料具有石墨化结构，同时含有大孔、中孔和微孔。
(4) 本发明所制备的分级多孔碳作为电极材料，应用于超级电容器电极和离子电池电极表现出优良的电化学性能。
附图说明
图1为实施例1原材料(栓皮栎软木)扫描电子显微镜照片。
图2为实施例1所制备的栓皮栎软木基分级多孔碳的透射电子显微镜照片。
图3为实施例1所制备的石墨化分级多孔碳石墨片层的透射电子显微镜照片。
图4为实施例1所制备的栓皮栎软木基分级多孔碳的拉曼光谱谱图。
图5为实施例1所制备的栓皮栎软木基分级多孔碳N2吸脱附等温线。
图6为实施例1所制备的栓皮栎软木基分级多孔碳孔径分布曲线。
图7为实施例1所制备的栓皮栎软木基分级多孔碳在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行描述。
实施例1
栓皮栎软木粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸钾与栓皮栎软木质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸钾和3 g栓皮栎软木，混合均匀，得高锰酸钾与栓皮栎软木混合物。按照高锰酸钾与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得栓皮栎软木基分级多孔碳，其比表面积为689 m2/g，经过计算，样品产率为17.4 %。
实施例2
将栓皮栎软木粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸钾与栓皮栎软木质量比为2:1.0，分别称取6 g高锰酸钾和3 g栓皮栎软木，混合均匀，得高锰酸钾与栓皮栎软木混合物。按照高锰酸钾与水的质量:体积比(g/ml)为0.06:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，80 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氩气保护下碳化活化3 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在70 ℃下浸渍5 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，70 ℃干燥，得栓皮栎软木基分级多孔碳，其比表面积为726 m2/g，经过计算，样品产率为15.3 %。
实施例3
将栓皮栎软木粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸钾与栓皮栎软木质量比为3:1.0，分别称取9 g高锰酸钾和3 g栓皮栎软木，混合均匀，得高锰酸钾与栓皮栎软木混合物。按照高锰酸钾与水的质量:体积比(g/ml)为0.045:1.0，量取200 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至500 ℃，在氮气保护下碳化活化1 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在80 ℃下浸渍5 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得栓皮栎软木基分级多孔碳，其比表面积为637 m2/g，经过计算，样品产率为14.2 %。
实施例4
木棉纤维水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸铵与木棉纤维质量比为1.5:1.0，分别称取4.5 g高锰酸铵和3 g木棉纤维，混合均匀，得高锰酸铵与木棉纤维混合物。按照高锰酸铵与水的质量:体积比(g/ml)为0.045:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，90 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至700℃，在氮气保护下碳化活化5 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在50 ℃下浸渍3 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，90 ℃干燥，得木棉纤维基分级多孔碳，其比表面积为1251 m2/g，经过计算，样品产率为16.1 %。
实施例5
***杆粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照重铬酸钾与***杆质量比为0.5:1.0，分别称取1.5 g重铬酸钾和3 g***杆，混合均匀，得重铬酸钾与***杆混合物。按照重铬酸钾与水的质量:体积比(g/ml)为0.01:1.0，量取150 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，100 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至1000 ℃，在氮气保护下碳化活化8 h，气体流速为300 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍2 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，100 ℃干燥，得***杆基分级多孔碳，其比表面积为1095m2/g，经过计算，样品产率为14.9 %。
实施例6
豆根粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24h，按照高锰酸钠与豆根质量比为10:1.0，分别称取30 g高锰酸钠和3 g豆根，混合均匀，得高锰酸钠与豆根混合物。按照高锰酸钠与水的质量:体积比(g/ml)为0.1:1.0，量取300 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，80 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至400℃，在氖气保护下碳化活化0.5 h，气体流速为100 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍5 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得豆根基分级多孔碳，其比表面积为496 m2/g，经过计算，样品产率为13.7 %。
实施例7
丝瓜络粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照重铬酸铵与丝瓜络质量比为5:1.0，分别称取15 g重铬酸铵和3 g丝瓜络，混合均匀，得重铬酸铵与丝瓜络混合物。按照重铬酸铵与水的质量:体积比(g/ml)为0.5:1.0，量取30 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，80 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至800 ℃，在氮气保护下碳化活化1 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在70 ℃下浸渍5 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得丝瓜络基分级多孔碳，其比表面积为1279 m2/g，经过计算，样品产率为12.4 %。
实施例8
花生壳粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照重铬酸钠与花生壳质量比为1:1.0，分别称取3 g重铬酸钠和3 g花生壳，混合均匀，得重铬酸钠与花生壳混合物。按照重铬酸钠与水的质量:体积比(g/ml)为0.1:1.0，量取30 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，90 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至900℃，在氮气保护下碳化活化3 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍5 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，90 ℃干燥，得花生壳基分级多孔碳，其比表面积为1163 m2/g，经过计算，样品产率为14.1 %。
实施例9
玉米芯粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照重铬酸钾和高锰酸钾与玉米芯质量比为1.5:1.0，分别称取2.25 g重铬酸钾、2.25 g高锰酸钾和3 g玉米芯，混合均匀，得重铬酸钾和高锰酸钾与玉米芯混合物。按照两种氧化剂与水的质量:体积比(g/ml)为0.045:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，80 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍5 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，90 ℃干燥，得玉米芯基分级多孔碳，其比表面积为723 m2/g，经过计算，样品产率为15.7 %。
实施例10
核桃壳粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸锂与核桃壳质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸锂和3 g核桃壳，混合均匀，得高锰酸锂与核桃壳混合物。按照高锰酸锂与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得核桃壳基分级多孔碳，其比表面积为658 m2/g，经过计算，样品产率为17.1 %。
实施例11
稻壳粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸钙与稻壳质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸钙和3 g稻壳，混合均匀，得高锰酸钙与稻壳混合物。按照高锰酸钙与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得稻壳基分级多孔碳，其比表面积为635 m2/g，经过计算，样品产率为18.3 %。
实施例12
稻秆粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸钡与稻秆质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸钡和3 g稻秆，混合均匀，得高锰酸钡与稻秆混合物。按照高锰酸钡与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得稻秆基分级多孔碳，其比表面积为711 m2/g，经过计算，样品产率为15.5 %。
实施例13
甘蔗渣粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸锌与甘蔗渣质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸锌和3 g甘蔗渣，混合均匀，得高锰酸锌与甘蔗渣混合物。按照高锰酸锌与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得甘蔗渣基分级多孔碳，其比表面积为671 m2/g，经过计算，样品产率为15.7 %。
实施例14
甘蔗皮粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸镁与甘蔗皮质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸镁和3 g甘蔗皮，混合均匀，得高锰酸镁与甘蔗皮混合物。按照高锰酸镁与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得甘蔗皮基分级多孔碳，其比表面积为657 m2/g，经过计算，样品产率为16.7 %。
实施例15
松木粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸镉与松木质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸镉和3 g松木，混合均匀，得高锰酸镉与松木混合物。按照高锰酸镉与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得松木基分级多孔碳，其比表面积为635 m2/g，经过计算，样品产率为17.7 %。
实施例16
玉米秸秆粉碎、过40目筛，经水洗后，于80 ℃干燥24 h，按照高锰酸铷与玉米秸秆质量比为1.25:1.0，分别称取3.75 g高锰酸铷和3 g玉米秸秆，混合均匀，得高锰酸铷与玉米秸秆混合物。按照高锰酸铷与水的质量:体积比(g/ml)为0.0375:1.0，量取100 ml去离子水，将上述混合物与去离子水混合均匀，70 ℃蒸发干燥，得干基混合物。将干基混合物置于管式气氛炉中，升温至600 ℃，在氮气保护下碳化活化2 h，气体流速为200 ml/min，管式气氛炉自然降温，得到碳化产物。将碳化产物置于过量6 M盐酸溶液中在60 ℃下浸渍4 h，过滤，去离子反复洗涤若干次，直至pH=6.0~7.0，80 ℃干燥，得玉米秸秆基分级多孔碳，其比表面积为735 m2/g，经过计算，样品产率为17.3 %。
Claims (8)
1.氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法和应用，该方法包括：将原料前驱体粉碎成粉末，过40目筛，水洗粉末、过滤2~4次后，置于70~100 ℃干燥12~24 h，按照前驱体干基与氧化剂质量比(g/g)为0.5:1.0~10:1.0，优选0.75~5.0:1.0，更优选1.0~3.0:1.0，最优选1.25~2.0:1.0配料，称取定量的前驱体和氧化剂，粉碎混合均匀，得到前驱体氧化剂混合物，按照氧化剂与水的质量:体积比(g/ml)为0.01:1.0~1.0:1.0，优选0.015:1.0~0.5:1.0，更优选0.02:1.0~0.2:1.0，最优选0.03:1.0~0.1:1.0，称取确定体积的水与前驱体氧化剂混合均匀，于70~100 ℃煮沸蒸发干燥，得到前驱体氧化剂干基混合物，再经惰性气氛保护下同步碳化活化，盐酸和水洗涤，干燥，即得石墨化分级多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述方法，其中前驱体氧化剂干基混合物的碳化活化过程中，控制温度范围为400~1000 ℃，优选500~800 ℃，更优选550~750 ℃，最优选550~700 ℃，控制时间为0.5~8.0 h，优选1.0~6.0 h，更优选2.0~5.0 h，最优选2.5~4.0 h，惰性气体流速100~300ml/min，惰性气氛高温炉自然降至室温。
3.根据权利要求1所述方法，其中碳化产物洗涤是将碳化产物置于过量的1.0~6.0 M盐酸溶液中，50~80 ℃浸渍2.0~5.0 h，过滤，去离子水反复洗涤，直至pH=6.0~7.0，并检测无Cl-1离子，于70~100 ℃干燥。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的原料前驱体包括栓皮栎软木、果木、松木、豆根、丝瓜络、柳絮、木棉纤维、棉花纤维、杨絮、柳絮、苎麻纤维、剑麻纤维、菌丝纤维、***杆、亚麻杆、焦麻杆、玉米芯、玉米秸秆、小麦秸秆、稻秆、稻壳、花生壳、甘蔗渣、甘蔗皮、柚子皮、银耳、黑木耳、大豆、椰壳、核桃壳。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述的氧化剂包括高锰酸钾、高锰酸铵、高锰酸钠、高锰酸锂、高锰酸钙、高锰酸钡、高锰酸锌、高锰酸镁、高锰酸镉、高锰酸铷、重铬酸钾、重铬酸铵、重铬酸钠中的一种或两种以上的氧化剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述的石墨化的分级多孔碳材料，具有石墨化结构和孔径小于2 nm的微孔、5 nm~50 nm中孔和50 nm~80 nm大孔组合的分级多孔特征。
7.根据权利要求6所述的特征，石墨化分级多孔碳材料的应用包括：石墨化分级多孔碳制作超级电容器和离子电池的电极，与电解液组装超级电容器和离子电池。
8.根据权利要求7所述的应用，其中所述的电解液包括：KOH、Na2SO4、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm]BF4)、H2SO4、双吡咯烷螺环季铵盐(SBP BF4)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710386120.3A CN108928819A (zh) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 一种氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710386120.3A CN108928819A (zh) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 一种氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108928819A true CN108928819A (zh) | 2018-12-04 |
Family
ID=64451299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710386120.3A Pending CN108928819A (zh) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | 一种氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108928819A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109482161A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-03-19 | 广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所） | 能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳及制备方法与应用 |
| CN110436459A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-12 | 盐城工学院 | 一种石墨化分级多孔碳的制备方法 |
| CN113247887A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-08-13 | 齐鲁工业大学 | 多级孔石墨烯的制备方法、多级孔石墨烯的应用 |
| CN113636550A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-12 | 东北农业大学 | 一种一步法制备秸秆基富氮介孔碳的方法及其应用 |
| CN114203457A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-18 | 东北农业大学 | 一种NiCo2S4/MC的制备方法 |
| CN114613611A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-10 | 黄山学院 | 一种富氧中空管状多孔炭的制备方法及其应用 |
| WO2023160017A1 (zh) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 广东邦普循环科技有限公司 | 植物绒球硬碳复合负极材料及其制备方法和应用 |
| CN116726877A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-09-12 | 河北省科学院能源研究所 | 生物质多孔碳制备及其二氧化碳吸附应用 |
-
2017
- 2017-05-26 CN CN201710386120.3A patent/CN108928819A/zh active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109482161A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-03-19 | 广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所） | 能高效吸附汞的两段胺改性蔗渣分级多孔碳及制备方法与应用 |
| CN110436459A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-11-12 | 盐城工学院 | 一种石墨化分级多孔碳的制备方法 |
| CN113247887A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-08-13 | 齐鲁工业大学 | 多级孔石墨烯的制备方法、多级孔石墨烯的应用 |
| CN113636550A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-12 | 东北农业大学 | 一种一步法制备秸秆基富氮介孔碳的方法及其应用 |
| CN114203457A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-18 | 东北农业大学 | 一种NiCo2S4/MC的制备方法 |
| CN114203457B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-02-23 | 东北农业大学 | 一种NiCo2S4/MC的制备方法 |
| WO2023160017A1 (zh) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 广东邦普循环科技有限公司 | 植物绒球硬碳复合负极材料及其制备方法和应用 |
| CN114613611A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-10 | 黄山学院 | 一种富氧中空管状多孔炭的制备方法及其应用 |
| CN116726877A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-09-12 | 河北省科学院能源研究所 | 生物质多孔碳制备及其二氧化碳吸附应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108928819A (zh) | 一种氧化剂氧化还原制备石墨化分级多孔碳材料的方法 | |
| Zhu et al. | Pine needle-derived microporous nitrogen-doped carbon frameworks exhibit high performances in electrocatalytic hydrogen evolution reaction and supercapacitors | |
| CN104724699B (zh) | 纤维素为原料制备生物质石墨烯的方法 | |
| WO2018188422A1 (zh) | 一种用于超级电容器的蒜皮基活性炭电极材料及制备方法 | |
| CN108439402B (zh) | 一种超级电容器用姜秸秆基活性炭及其制备方法 | |
| CN108117073A (zh) | 一种利用水葫芦制备多孔碳材料的方法及应用 | |
| CN108529621A (zh) | 一种氮掺杂多孔碳材料的制备及其应用 | |
| CN108529587A (zh) | 一种磷掺杂生物质分级孔炭材料的制备方法及其应用 | |
| CN106348274A (zh) | 一种以农林废弃生物质为碳源制备石墨烯的方法 | |
| CN110330016A (zh) | 一种无烟煤基多孔碳石墨微晶和孔隙的一步协同发展方法 | |
| CN101780955A (zh) | 壳聚糖质活性炭及其制备方法 | |
| CN103816868A (zh) | 一种中孔甜菜渣活性炭及其微波辅助制备方法 | |
| CN109019554A (zh) | 一种氮磷共掺杂多孔生物质碳材料及其制备方法和在超级电容器中的应用 | |
| CN106966392A (zh) | 一种利用市政污泥制备氮硫双掺杂多孔炭材料的方法 | |
| CN103833274A (zh) | 一种重金属污染土固化剂及其使用方法 | |
| CN109767927A (zh) | 一种超级电容器用高性能氮掺杂生物质多孔碳的制备方法 | |
| CN106486295A (zh) | 高比电容的石墨烯/高表面活性炭复合材料的制备方法 | |
| Lobato-Peralta et al. | Activated carbon from wasp hive for aqueous electrolyte supercapacitor application | |
| CN110523379A (zh) | 一种多孔炭的低成本制备方法 | |
| CN107640767A (zh) | 一种用于高性能超级电容器廉价多孔碳材料及其制备方法 | |
| CN107352538A (zh) | 用于吸附水中六价铬的竹基活性炭及制备方法、使用方法 | |
| CN105836745A (zh) | 一种梧桐叶碳材料的制备方法 | |
| CN108046254A (zh) | 一种玉米芯衍生活性炭电极材料及其制备方法 | |
| Rahma et al. | Characteristics of corncob-originated activated carbon using two different chemical agent | |
| CN105692585B (zh) | 一种含石墨烯结构的碳纳米材料及其制法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181204 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |