CN112047322B - 一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用 - Google Patents

一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112047322B
CN112047322B CN202010837651.1A CN202010837651A CN112047322B CN 112047322 B CN112047322 B CN 112047322B CN 202010837651 A CN202010837651 A CN 202010837651A CN 112047322 B CN112047322 B CN 112047322B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micron tube
carbon
silver
modified carbon
carbon micron
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.)
Active
Application number
CN202010837651.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112047322A (zh
Inventor
杨丹
李争晖
杨晓青
张国庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202010837651.1A priority Critical patent/CN112047322B/zh
Publication of CN112047322A publication Critical patent/CN112047322A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112047322B publication Critical patent/CN112047322B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • 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
    • 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

Abstract

本发明属于碳材料制备技术领域，公开一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用。所述改性碳微米管是在保护气氛下，将预处理的银柳在600～1300℃煅烧，制得碳微米管；然后将碳微米管经酸洗和水洗至溶液pH呈中性，干燥后用刚果红溶液对其在60～90℃下染色并干燥，将所得染色的碳微米管在保护气氛下，在600～1300℃煅烧，洗至pH呈中性，经干燥制得。本发明的原料易得，成本低廉，合成方法简单，可重复性高。本发明的改性碳微米管的结构规整、微观形貌漂亮。选用的刚果红是小分子染料，能进入碳微米管的孔隙中，降低碳微米管的比表面积，从而能提高首次库伦效率。

Description

一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于碳材料制备技术领域，更具体地，涉及一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用。
背景技术
碳材料以其良好的电学特性、资源丰富、结构多样和适宜的价格等特点，已成为锂离子电池和钠离子电池应用最广泛电极材料之一。碳材料一般以含碳前躯体为原料，经高温炭化制备得到。目前，制备碳材料的前驱体主要有煤、石油、木材、聚合物以及生物质材料。其中，生物质因来源广，具可再生性以及其规整的几何结构，受到众多科研工作者的喜爱。然而现有的生物质碳，如水葫芦、秸秆、海藻等是一种多孔材料具有比表面积大，使钠离子电池首次库仑效率低，因此，亟待需要制备比表面积低的碳微米管以提高钠离子电池的首次库仑效率。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种银柳炭化的改性碳微米管。该改性碳微米管的比表面积低，可提高钠离子电池的首次库伦效率。
本发明的另一目的在于提供上述改性碳微米管的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述改性碳微米管的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种银柳炭化的改性碳微米管，所述改性碳微米管是在保护气氛下，将预处理的银柳在600～1300℃煅烧，制得碳微米管；然后将碳微米管经酸洗和水洗至溶液pH呈中性，干燥后用刚果红溶液对其在60～90℃下染色并干燥，将所得染色的碳微米管在保护气氛下，在600～1300℃煅烧，洗至pH呈中性，经干燥制得。
优选地，所述刚果红溶液的浓度为3～5wt％。
优选地，所述染色的时间为1～3h。
优选地，所述保护气氛为氮气或氩气。
优选地，所述改性碳微米管的外径为3～6μm，平均壁厚为0.4～0.7μm，比表面积为250～370m2/g。
所述的银柳炭化的改性碳微米管的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.将银柳用去离子水洗去表面灰尘，抽滤，放入烘箱干燥，得到预处理的银柳；
S2.将预处理的银柳放入管式炉在保护气氛下，升温至600～1300℃煅烧，用酸洗和水洗产物至pH呈中性，放入烘箱干燥，制得碳微米管；
S3.将碳微米管用刚果红溶液在60～90℃下染色，去离子水洗去浮色干燥，得到染色的碳微米管；
S4.将染色的碳微米管放入管式炉在保护气氛下，升温至600～1300℃煅烧，并用酸洗和水洗至pH呈中性，放入烘箱干燥，制得改性碳微米管。
优选地，步骤S1中所述干燥的温度为60～80℃，所述干燥的时间为12～24h。
优选地，步骤S2中所述煅烧的时间为2～3h。
优选地，步骤S2和S4中所述升温的速率均为1～10℃/min。
所述的银柳炭化的改性碳微米管在制备钠离子电池负极材料领域中的应用。
本发明中银柳炭化所得的碳微米管比表面积较大，故可对其物理改性。刚果红是小分子，在对银柳炭化所得的碳微米管染色时能填充在碳微米管的孔隙中，降低碳微米管的比表面积，使再炭化后的改性碳微米管具有更低的比表面积，从而提高首次库伦效率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明先用银柳炭化得到碳微米管，其有较好的吸附染料，然后将染色的碳微米管再炭化得到的改性碳微米管，其结构规整、微观形貌美观。
2.本发明选用的刚果红是小分子染料，能进入碳微米管的孔隙中，降低碳微米管的比表面积，使再炭化后的改性碳微米管具有更低的比表面积，从而能提高首次库伦效率。
3.本发明的原料易得，成本低廉，合成方法简单，可重复性高。
附图说明
图1为实施例1中(a)银柳炭化的碳微米管和(b)染色后炭化的改性碳微米管的扫描电镜图。
图2为实施例1中染色前和染色后炭化的碳微米管的氮气吸附-脱附等温线。
图3为实施例1中染色前和染色后炭化后的碳微米管的DFT孔径分布。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.将20g银柳用去离子水清洗2次，洗去表面灰尘，挤出表面水分，放入70℃烘箱干燥24h；取8g干燥的银柳放入管式炉在保护气氛下，以5℃/min升温至1300℃煅烧保温2h，用50mL1mol/L的稀盐酸搅拌浸泡60min，水洗至中性，放入70℃烘箱干燥，得到碳微米管，如图1中(a)所示。
2.将碳微米管用质量分数为3％的刚果红溶液在80℃下染色3h，去离子水洗去浮色70℃干燥，得到染色的碳微米管；
3.将染色的碳微米管放入管式炉中在保护气氛下，以5℃/min升温至1300℃煅烧2h，并用酸洗和水洗至pH呈中性，放入烘箱干燥，得改性碳微米管，如图1中(b)所示。
所得改性碳微米管的外径约为3～6μm，平均壁厚约为0.4～0.7μm，比表面积为250～370m2/g。
图1为实施例1中(a)银柳炭化的碳微米管和(b)染色后炭化的改性碳微米管的扫描电镜图。从图1中可知，染色前和染色后炭化的改性碳微米管的形貌未发生变化，说明改性碳微米管的结构保持性好。图2为实施例1中染色前和染色后炭化的碳微米管的氮气吸附-脱附等温线。图3为实施例1中染色前和染色后炭化后的碳微米管的DFT孔径分布。其中，SW1300为染色前碳微米管，SW+3％CR为染色后炭化的改性碳微米管。从图2和3中可知，碳纳米管染色后炭化的改性碳微米管微孔数降低，比表面积降低，从而提高了电池的首次库伦效率。
实施例2
与实施例1不同的在于：所述刚果红染料浓度不同。表1为刚果红染料浓度对材料比表面积的影响。从表1中可知，刚果红浓度越高，进入碳微米管的孔隙中越多，降低碳微米管的比表面积越显著，使再炭化后的改性碳微米管具有更低的比表面积，从而会使得钠离子电池首次库伦效率越高。
表1刚果红染料浓度对电极材料比表面积的影响
Figure BDA0002640278660000041
实施例3
与实施例1不同的在于：所述染色时间不同。表2为染色时间对材料比表面积的影响。从表2中可知，染色时间越长，比表面积越低，染料能进入碳微米管的孔隙中，降低碳微米管的比表面积，使再炭化后的改性碳微米管具有更低的比表面积，从而会使得钠离子电池首次库伦效率越高。
表2染色时间对电极材料比表面积的影响
Figure BDA0002640278660000042
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种银柳炭化的改性碳微米管，其特征在于，所述改性碳微米管是在保护气氛下，将预处理的银柳在600～1300℃煅烧，制得碳微米管；然后将碳微米管经酸洗和水洗至溶液pH呈中性，干燥后用刚果红溶液对其在60～90℃下染色并干燥，将所得染色的碳微米管在保护气氛下，在600～1300℃煅烧，洗至pH呈中性，经干燥制得；所述刚果红溶液的浓度为3～5wt％；所述染色的时间为1～3h。
2.根据权利要求1所述的银柳炭化的改性碳微米管，其特征在于，所述保护气氛为氮气或氩气。
3.根据权利要求1所述的银柳炭化的改性碳微米管，其特征在于，所述改性碳微米管的外径为3～6μm，平均壁厚为0.4～0.7μm，比表面积为250～370m2/g。
4.根据权利要求1-3任一项所述的银柳炭化的改性碳微米管的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.将银柳用去离子水洗去表面灰尘，抽滤，放入烘箱干燥，得到预处理的银柳；
S2.将预处理的银柳放入管式炉在保护气氛下，升温至600～1300℃煅烧，用酸和水清洗产物至pH呈中性，放入烘箱干燥，制得碳微米管；
S3.将碳微米管用浓度为3～5wt％的刚果红溶液在60～90℃下染色1～3h，去离子水洗去浮色干燥，得到染色的碳微米管；
S4.将染色的碳微米管放入管式炉在保护气氛下，升温至600～1300℃煅烧，并用酸洗和水洗至pH呈中性，放入烘箱干燥，制得改性碳微米管。
5.根据权利要求4所述的银柳炭化的改性碳微米管的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述干燥的温度为60～80℃，所述干燥的时间为12～24h。
6.根据权利要求4所述的银柳炭化的改性碳微米管的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述煅烧的时间为2～3h。
7.根据权利要求4所述的银柳炭化的改性碳微米管的制备方法，其特征在于，步骤S2和S4中所述升温的速率均为1～10℃/min。
8.权利要求1-3任一项所述的银柳炭化的改性碳微米管在制备钠离子电池负极材料领域中的应用。
CN202010837651.1A 2020-08-19 2020-08-19 一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用 Active CN112047322B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010837651.1A CN112047322B (zh) 2020-08-19 2020-08-19 一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010837651.1A CN112047322B (zh) 2020-08-19 2020-08-19 一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112047322A CN112047322A (zh) 2020-12-08
CN112047322B true CN112047322B (zh) 2022-02-25

Family

ID=73599513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010837651.1A Active CN112047322B (zh) 2020-08-19 2020-08-19 一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112047322B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114436246B (zh) * 2021-12-29 2024-04-09 延边大学 一种生物质衍生碳微米管材料、制备方法及其应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005239439A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 National Institute For Materials Science カーボンマイクロチューブの製造方法
CN102086034B (zh) * 2010-12-13 2012-10-24 南京邮电大学 以杨絮和柳絮为原料制备的碳微米管及制备方法
US9481793B2 (en) * 2013-11-08 2016-11-01 University Of Tennessee Research Foundation Development of a renewable carbon-based bio-modifier for asphalt cement
CN108975303A (zh) * 2018-07-14 2018-12-11 启东创绿绿化工程有限公司 一种含氮碳微米管电极材料的制备方法
CN109941984B (zh) * 2019-05-09 2020-08-04 中国科学院山西煤炭化学研究所 碳微米管的制备方法和碳微米管

Also Published As

Publication number Publication date
CN112047322A (zh) 2020-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109081340B (zh) 一种松树基生物质活性炭及其制备方法和在电化学储能中的应用
CN110627033A (zh) 氮、硫共掺杂多级多孔碳复合材料及其制备方法和应用
CN108622896B (zh) 一种蛋清基多孔结构碳材料及其制备方法和应用
CN106521717A (zh) 一种高比表面积多孔碳纤维的制备方法
CN112110435B (zh) 细菌纤维素基碳气凝胶的制备方法
CN111146424B (zh) 一种金属硫化物/碳复合材料及其制备方法及其应用
CN109659161B (zh) 基于取向碳纳米管的超级电容器电极材料及其制备方法
CN109440228B (zh) 一种纤维素基碳纳米纤维的制备方法
CN113603078A (zh) 一种多孔碳、其制备方法及其应用
CN112225216A (zh) 一种中-微孔木质素基活性炭及其制备方法
CN109467082B (zh) 一种石墨化多孔玉米芯衍生炭电极材料的制备方法
CN109652022B (zh) 一种新型复合硅藻土相变储能材料载体的制备方法
CN112265990A (zh) 一种糠醛渣多孔活性炭材料的制备方法及其应用
CN112047322B (zh) 一种银柳炭化的改性碳微米管及其制备方法和应用
AU2020102823A4 (en) Method for preparing carbon nanotube-porous carbon composite materials
CN111333068A (zh) 基于坚果壳的生物质多孔碳材料的制备方法及其应用
CN113880073A (zh) 一种木质素基碳纳米管及其制备方法
CN108178141B (zh) 一种高导电、高振实密度、高比表面积微孔炭的制备方法
CN107154498B (zh) 植物材料制备微孔碳结构电极材料的制备方法及其应用
CN113363463A (zh) 污泥/生物质共热解焦炭包覆磷酸铁锂的正极材料及其制备方法和应用
CN111908443A (zh) 一种自掺杂多孔碳的制备方法
CN112194126A (zh) 一种锂离子电池负极多孔炭材料的制备方法
CN116741992A (zh) 多孔硬碳材料及其制备方法、负极电极片、钠离子电池
CN114436246B (zh) 一种生物质衍生碳微米管材料、制备方法及其应用
CN114920979A (zh) 一种改性木质素基生物质凝胶及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant