CN114702025B - 胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料 - Google Patents
胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114702025B CN114702025B CN202210466321.5A CN202210466321A CN114702025B CN 114702025 B CN114702025 B CN 114702025B CN 202210466321 A CN202210466321 A CN 202210466321A CN 114702025 B CN114702025 B CN 114702025B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon material
- humins
- porous carbon
- black solid
- preparing
- 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
Links
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
-
- 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)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料，所述方法包括以下步骤：1）将胡敏素及高铁酸钾/高锰酸钾加入到水和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌12h，放在烘箱中烘干，得到黑色固体；2）将黑色固体放入通惰性气体保护的管式炉中，使其充分煅烧；3）冷却后取出黑色固体并用去离子水和酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。本发明的优点：将低附加值副产物胡敏素转化为具有利用价值的多孔生物质碳材料，制备过程具有环境友好型特点，制备方法简单方便，易于操作，制备效率高。所制得的碳材料比表面积高，孔容较大，结构规整，同时表面具有一定数量的含氧基团，在吸附、化学储能以及实现高效化工过程等方面具有一定潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料，涉及胡敏素的应用领域。
背景技术
随着环境问题的日益突出以及不可再生化石资源的日益消耗，以可再生生物资源制备燃料以及绿色化学品的转化过程受到人们越来越多的关注。木质纤维素生物质和糖类化合物可以通过酸催化脱水或氧化路线生产可再生的平台化学品，如2,5-呋喃二甲酸、5-羟甲基糠醛或乙酰丙酸等。然而，从原料到平台化合物的转化过程中，碳水化合物的酸催化脱水会生成大量的副产物胡敏素。
胡敏素是一种成分复杂的多呋喃环聚合物，主要由几种糖类脱水中间体的交叉聚合反应形成，会导致生物质平台化学品转化过程碳利用率不高，产生约10 - 50%的碳损失，其直接利用难度较大。除直接燃烧作能源外，将其转化为高附加值产品也是实现胡敏素应用的有效途径。CN110191923A将胡敏素作为沥青组合物中的主要成分，用以提升沥青道路的抗裂性和水敏感性。该方法提出了胡敏素作为粘合剂材料在沥青组合物中的用途，测试结果显示胡敏素的加入能够较为明显的提高沥青组合物的间接拉伸强度，提供了高效利用胡敏素的一种思路。但在该处理过程中对添加剂要求较高，过程较为复杂，实现胡敏素的工业化大规模利用尚有一定难度。
多孔碳材料由于其具有比表面积高、孔容较大以及结构稳定等优点，在能源储备、吸附净化以及高效化工过程等方面具有广泛的应用。近年来，由生物质原料制备多孔碳材料逐渐成为研究热点之一。CN113929096A提供了一种利用椰壳作为原料制备中空结构生物质碳材料的方法，该方法利用氢氧化物进行处理，得到的生物质碳材料比表面积较大且表面具有一定数量的亲水基团，在吸附方面具有一定潜力。这为解决胡敏素的利用问题提供了一种新途径，胡敏素作为具有特殊结构的生物基呋喃衍生物，也可以用以制备多孔碳材料从而实现其高效转化。
CN108408714A提供了一种以胡敏素为原料，利用3D打印技术制备层状介孔碳材料的方法，该方法较为新颖，得到的材料结构规整，具有较大的比表面积。但该过程也存在着成本较高，技术难度较大等问题，不利于实现胡敏素制备碳材料的工艺推广。同时，传统制备碳材料的方式往往存在着对模板剂依赖性强、能耗较大以及步骤繁多等问题，在制备过程方面存在着诸多不便，限制了其进一步的大规模应用。因此，如何高效地将低附加值副产物胡敏素转化为具有高价值绿色生物质材料，对于提高转化过程碳利用率、解决碳资源浪费以及实现大规模生产应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用胡敏素作为原料的高效制备多孔碳材料方法及其多孔碳材料，制备过程简单、能耗低，同时具备理想的制备效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，本发明的技术方案是：
一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，该方法包括以下步骤：
1) 将胡敏素与高铁酸钾或高锰酸钾加入到水和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌8-24h，放在烘箱中烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通惰性气体保护的管式炉中，使其充分煅烧；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。
在所述的步骤1)中，所述的胡敏素与高铁酸钾或高锰酸钾质量比为1:0.05-1:3，水和乙醇体积比为1:0.5-1:5。
在所述步骤1)的烘干过程中，烘箱温度为80-120℃，烘干时长为8-12h。
在所述步骤2)的煅烧过程中，所通惰性气体为氮气、氩气或氦气。
在所述步骤2)煅烧过程中，煅烧温度为300-900℃，时间为1-5h。
在所述的步骤3)中，所述的酸溶液为乙酸溶液，该乙酸溶液的浓度为1-6mol/L。
在所述的步骤3)中，煅烧后的黑色固体与去离子水的质量比为1:10-20。
所述乙酸溶液的浓度为3mol/L。
在所述的步骤1）中，室温下搅拌12h。
一种多孔碳材料，该多孔碳材料采用所述的方法制备而成。
本发明的优点是：以低附加值副产物胡敏素为原料，在高铁酸钾/高锰酸钾存在的条件下，通过高温煅烧生成具有高价值的多孔碳材料。制得的碳材料具有比表面积高、孔容较大以及结构规整等特点，在能源储备、吸附净化以及高效化工过程等方面具有巨大潜力。制备过程简便、成本较低，有利于实现大规模的生产应用。
附图说明
图1为本发明所使用的前驱体胡敏素的SEM图。
图2为本发明实施例4制备得到的多孔碳材料的SEM图。
图3为本发明实施例5制备得到的多孔碳材料的SEM图。
图4为本发明实施例6制备得到的多孔碳材料的N2吸脱附曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高锰酸钾（质量比1:0.05）加入到水和乙醇（体积比1:0.5）的混合溶液中，室温下搅拌8h，放在烘箱中80℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，300℃条件下煅烧1h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和1mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。其BET测试数据如表1所示。
实施例2：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高锰酸钾（质量比1:0.1）加入到水和乙醇（体积比1:3）的混合溶液中，室温下搅拌12h，放在烘箱中120℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，900℃条件下煅烧1h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和6mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。其BET测试数据如表1所示。
实施例3：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，具体包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高锰酸钾（质量比1:0.2）加入到水和乙醇（体积比1:3）的混合溶液中，室温下搅拌16h，放在烘箱中110℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，900℃条件下煅烧2h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和3mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。其BET测试数据如表1所示。
实施例4：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高锰酸钾（质量比1:0.5）加入到水和乙醇（体积比1:3）的混合溶液中，室温下搅拌20h，放在烘箱中100℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，800℃条件下煅烧2h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和3mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。通过图2的扫描电镜图可以看出，经过制备得到的碳材料比表面积较大，分散效果好，无明显团聚现象。在吸附净化、制备催化剂等方面具有自身优势。
实施例5：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，具体包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高铁酸钾（质量比1:0.1）加入到水和乙醇（体积比1:5）的混合溶液中，室温下搅拌24h，放在烘箱中120℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，300℃条件下煅烧1h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和1mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。通过图3的扫描电镜图可以看出，制备得到的碳材料比表面积明显增加，同时表面存在微孔，无明显大颗粒团聚存在。在制备电极以及储能材料方面具有巨大潜力。
实施例6：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，具体包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高铁酸钾（质量比1:0.5）加入到水和乙醇（体积比1:5）的混合溶液中，室温下搅拌12h，放在烘箱中100℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，900℃条件下煅烧3h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和3mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。通过N2吸脱附曲线可以看出其具备比较独特的孔道结构，比表面积较大，具备一定数量的微孔，具备作为高性能储能材料的特质。
实施例7：一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，具体包括以下步骤：
1) 将胡敏素及高铁酸钾（质量比1:2）加入到水和乙醇（体积比1:1）的混合溶液中，室温下搅拌12h，放在烘箱中90℃烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通氦气保护的管式炉中，600℃条件下煅烧1h；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和3mol/L乙酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料。
表1 实验结果
| 实施例 | 组成 | 处理条件 | 比表面积（m2/g） | 孔容（cm3/g） |
| 实施例1 | 胡敏素与高锰酸钾（质量比1:0.05） | 80℃烘干，300℃煅烧1h | 677.05 | 0.35 |
| 实施例2 | 胡敏素与高锰酸钾（质量比1:0.1） | 120℃烘干，900℃煅烧1h | 775.25 | 0.42 |
| 实施例3 | 胡敏素与高锰酸钾（质量比1:0.2） | 110℃烘干，900℃煅烧2h | 927.32 | 0.86 |
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1) 将胡敏素与高铁酸钾加入到水和乙醇的混合溶液中，室温下搅拌8-24h，放在烘箱中烘干，得到黑色固体；
2) 将黑色固体放入通惰性气体保护的管式炉中，使其充分煅烧；
3) 冷却后取出黑色固体并用去离子水和酸溶液反复冲洗，即可得到生物质多孔碳材料；
在所述的步骤1)中，所述的胡敏素与高铁酸钾或高锰酸钾质量比为1:0.05-1:3，水和乙醇体积比为1:0.5-1:5；
在所述步骤1)的烘干过程中，烘箱温度为80-120℃，烘干时长为8-12h；
在所述步骤2)煅烧过程中，煅烧温度为300-900℃，时间为1-5h；
在所述的步骤3)中，煅烧后的黑色固体与去离子水的质量比为1:10-20。
2.根据权利要求1所述的一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，其特征在于，在所述步骤2)的煅烧过程中，所通惰性气体为氮气、氩气或氦气。
3.根据权利要求1所述的一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，其特征在于，在所述的步骤3)中，所述的酸溶液为乙酸溶液，该乙酸溶液的浓度为1-6mol/L。
4.根据权利要求3所述的一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，其特征在于，所述乙酸溶液的浓度为3mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种胡敏素制备多孔碳材料的方法，其特征在于，在所述的步骤1）中，室温下搅拌12h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210466321.5A CN114702025B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210466321.5A CN114702025B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114702025A CN114702025A (zh) | 2022-07-05 |
| CN114702025B true CN114702025B (zh) | 2023-10-13 |
Family
ID=82177574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210466321.5A Active CN114702025B (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114702025B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1447076A (en) * | 1972-09-30 | 1976-08-25 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Method for the preparation of carbon mouldings and activated carbon mouldings therefrom |
| JPH0360713A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔性炭素膜及びその製造方法 |
| CN102381703A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-03-21 | 福建农林大学 | 一种用麻杆制备活性炭的方法 |
| CN107601499A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-01-19 | 东莞理工学院 | 一种胡敏素制备微孔活性炭的应用及方法 |
| CN113912139A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-11 | 山东理工大学 | 一种生物质碳制备的高效电磁吸波材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-04-29 CN CN202210466321.5A patent/CN114702025B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1447076A (en) * | 1972-09-30 | 1976-08-25 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Method for the preparation of carbon mouldings and activated carbon mouldings therefrom |
| JPH0360713A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔性炭素膜及びその製造方法 |
| CN102381703A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-03-21 | 福建农林大学 | 一种用麻杆制备活性炭的方法 |
| CN107601499A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-01-19 | 东莞理工学院 | 一种胡敏素制备微孔活性炭的应用及方法 |
| CN113912139A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-01-11 | 山东理工大学 | 一种生物质碳制备的高效电磁吸波材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 生物质基多孔碳在超级电容器中的应用进展;张晨光等;《现代化工》;第40卷(第4期);第27-29,35页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114702025A (zh) | 2022-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110227532B (zh) | 一种溴化铅铯量子点/氮化碳纳米片光催化剂的制备方法 | |
| CN103316706A (zh) | 一种掺杂金属的聚苯胺与聚吡咯复合物碳化电催化剂及其制备方法 | |
| CN113663705B (zh) | 一种钒酸镧/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN114538408B (zh) | 一种微氧热解制备高电催化活性生物炭的方法 | |
| CN106853375A (zh) | 氮磷掺杂碳包覆的氧化钨/碳复合析氢电催化剂的制备方法 | |
| CN112357902A (zh) | 一种高比表面积介孔碳材料及其制备方法、应用 | |
| CN115007208A (zh) | 一种石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN112110445A (zh) | 一种木质素基多孔炭材料的制备方法 | |
| CN110330014B (zh) | 用于超级电容器电极材料的淀粉多孔碳微球的制备方法 | |
| CN114702025B (zh) | 胡敏素制备多孔碳材料的方法及其多孔碳材料 | |
| CN110639488A (zh) | 生物质基碳材料在二氧化碳电化学还原的应用 | |
| CN117558889A (zh) | 一种低成本复合锂离子电池负极材料、制备方法及其应用 | |
| CN111151288A (zh) | 一种FeCo-MOFs-生物质基富氮多孔碳氧还原催化剂及其制法 | |
| CN112117466A (zh) | 氮自掺杂多孔石墨碳MFCs空气阴极催化剂的制备方法 | |
| CN115582132B (zh) | 一种光催化高效产h2同时制备糠醛的方法 | |
| CN116514239A (zh) | 一种活化复合生物炭电极及其制备方法和应用 | |
| US10717654B2 (en) | Method of preparing mesoporous carbon material with layered structure using humin | |
| CN112774689B (zh) | 一种掺杂锰的铁酸铋纳米线及其制备方法与应用 | |
| CN115715989A (zh) | 羟基官能化双掺杂高结晶度氮化碳及其制备方法和应用 | |
| CN115138392A (zh) | 富含含氧官能团的多功能生物炭催化剂及制备方法 | |
| CN113522368A (zh) | 一种Fe、Co共掺杂类海胆结构空心碳球电催化剂及其制备方法 | |
| CN114369942A (zh) | 一种碳纤维/二氧化钛光电型复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN111593371A (zh) | 一种市政污泥多级碳材料及其在二氧化碳电化学还原中的应用 | |
| CN111204734A (zh) | 一种片状生物质碳材料及其制备方法 | |
| CN112838223A (zh) | 棒状二氧化锰为促进剂的燃料电池催化剂制备方法及应用 |
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 |