本發(fā)明涉及碳材料制備，尤其涉及一種基于滸苔的n、p共摻雜多孔碳及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、滸苔等海洋藻類過度生長嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐暮Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境和生態(tài)服務(wù)功能，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。僅2008年，綠潮對青島當(dāng)?shù)卦斐傻闹苯訐p失及清除費用就高達(dá)13億元。綠潮已逐漸演變?yōu)槲覈S海海域的常態(tài)化海洋災(zāi)害。目前，生物質(zhì)原料是制備多孔碳材料的重要碳源之一，因此以滸苔等藻類生物質(zhì)為原料，通過技術(shù)手段制備高值多孔碳材料是一個“變廢為寶”的方式手段。傳統(tǒng)的生物基多孔碳的制備方法眾多，包括高溫炭化、活化、酸浸酸洗等工藝，存在成本較高、孔徑分布不均勻、生物質(zhì)利用率低、不利于大規(guī)模生產(chǎn)以及碳材料產(chǎn)品性質(zhì)差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

2、為此，本發(fā)明的實施例提出一種基于滸苔的n、p共摻雜多孔碳及其制備方法和應(yīng)用。

3、第一方面，本發(fā)明提出了一種基于滸苔的n、p共摻雜多孔碳的制備方法，包括以下步驟：

4、(a)將滸苔粉末和活化劑在高溫微波設(shè)備中進(jìn)行微波輔助預(yù)氧化處理得到預(yù)氧化粉末；

5、(b)將磷酸溶液加入到分散有所述預(yù)氧化粉末的去離子水中浸漬，冷凍干燥得到生物質(zhì)前驅(qū)體；

6、(c)將所述生物質(zhì)前驅(qū)體在惰性氣體中碳化處理得到碳化樣品；

7、(d)將所述碳化樣品分散到酸洗溶液中，進(jìn)行超聲輔助酸洗得到酸洗樣品。

8、進(jìn)一步地，還包括步驟(e)所述酸洗樣品經(jīng)洗滌、真空干燥得到多孔碳樣品。

9、進(jìn)一步地，所述滸苔粉末由清洗干燥后的滸苔研磨過篩得到。

10、進(jìn)一步地，所述活化劑為碳酸氫鹽，所述碳酸氫鹽包括nahco3、khco3中的一種或兩種。

11、進(jìn)一步地，所述高溫微波設(shè)備包括微波燒結(jié)爐、微波管式爐、微波灰化爐、微波反應(yīng)器中的一種。

12、進(jìn)一步地，所述高溫微波設(shè)備的功率在1000w以上。

13、進(jìn)一步地，步驟(c)中所述碳化處理的碳化溫度為500～900℃，碳化時間為1～3h。

14、進(jìn)一步地，步驟(d)中所述酸洗溶液包括鹽酸、硝酸、硫酸中的至少一種。

15、進(jìn)一步地，步驟(d)中超聲輔助酸洗時間為5～20min。

16、第二方面，本發(fā)明提出了由本發(fā)明第一方面提出的方法制備得到的多孔碳。

17、第三方面，本發(fā)明提出了由本發(fā)明第一方面提出的制備方法制備得到的多孔碳或本發(fā)明第二方面提出的多孔碳在催化劑載體、儲氫材料、電極材料中的應(yīng)用。

18、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

19、本發(fā)明利用微波輔助預(yù)氧化處理手段，將生物質(zhì)和化學(xué)活化劑均勻混合，在碳材料表面和孔結(jié)構(gòu)中引入含氧官能團(tuán)，提高了多孔碳產(chǎn)品比表面積，降低了碳化過程溫度，解決了碳材料孔結(jié)構(gòu)在高溫下易坍塌、損壞的難題；利用超聲處理手段進(jìn)行酸洗，有效解決了雜質(zhì)和活化劑清除不徹底的問題；磷酸浸漬工藝摻入p元素，滸苔本身含有豐富的n元素，n、p共摻雜可以有效提高多孔碳的導(dǎo)電性。

技術(shù)特征：

1.一種基于滸苔的n、p共摻雜多孔碳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，還包括步驟(e)所述酸洗樣品經(jīng)洗滌、真空干燥得到多孔碳樣品。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述滸苔粉末由清洗干燥后的滸苔研磨過篩得到。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述活化劑為碳酸氫鹽，所述碳酸氫鹽包括nahco3、khco3中的一種或兩種。

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高溫微波設(shè)備包括微波燒結(jié)爐、微波管式爐、微波灰化爐、微波反應(yīng)器中的一種，所述高溫微波設(shè)備的功率在1000w以上。

6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(c)中所述碳化處理的碳化溫度為500～900℃，碳化時間為1～3h。

7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(d)中所述酸洗溶液包括鹽酸、硝酸、硫酸中的至少一種。

8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(d)中所述超聲輔助酸洗時間為5～20min。

9.一種多孔碳，其特征在于，由權(quán)利要求1～8任一所述的方法制備得到。

10.如權(quán)利要求1～8任一所述的制備方法制備得到的多孔碳或如權(quán)利要求9所述的多孔碳在催化劑載體、儲氫材料、電極材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于滸苔的N、P共摻雜多孔碳及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明利用微波輔助預(yù)氧化處理手段，將生物質(zhì)和化學(xué)活化劑均勻混合，在碳材料表面和孔結(jié)構(gòu)中引入含氧官能團(tuán)，提高了多孔碳產(chǎn)品比表面積，降低了碳化過程溫度，解決了碳材料孔結(jié)構(gòu)在高溫下易坍塌、損壞的難題；利用超聲處理手段進(jìn)行酸洗，有效解決了雜質(zhì)和活化劑清除不徹底的問題；磷酸浸漬工藝摻入P元素，滸苔本身含有豐富的N元素，N、P共摻雜可以有效提高多孔碳的導(dǎo)電性。

技術(shù)研發(fā)人員：趙勇,黃澎,趙淵,趙鵬,王光耀,谷小會,王熺乾,孟德昌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10