生物质多孔碳化材料的制备方法及多孔碳化材料与流程

1.本发明涉及碳化材料技术领域，具体涉及生物质多孔碳化材料的制备方法及多孔碳化材料。


背景技术：

2.随着社会经济飞速发展及人口剧增，人们对于能源需求越来越大，然而由于石油、煤、天然气等化石能源的不可再生性，且经过长时间的开采后逐渐不能满足经济与社会发展的需要。此外，化石能源燃烧后产生的大量温室气体和有毒气体，也在危害我们的生存环境。近年来，随着人们环保意识的提高，人们对于清洁能源的呼声越来越高，开发清洁、高效、节能的新能源替代化石能源成为研究者们关注的热点。
3.废水(wastewater)是指居民活动过程中排出的水及径流雨水的总称。它包括生活污水、工业废水和初雨径流入排水管渠等其它无用水，一般指经过一定技术处理后不能再循环利用或者一级污染后制纯处理难度达不到一定标准的水。也叫污水，人类某一生产和生活过程中产生的、已失去使用价值或无法利用的水，废水排入环境可造成水污染，多孔碳可用作废水的吸附，提高废水的处理效率；此外多孔碳材料常被用作储能领域如超级电容器以及锂电池的电极材料。
4.现有的多孔碳化材料多用于吸附性，用于吸附废水，对于在循环性能上效果差，不能进行高保持率的循环性能，性能稳定性差，对于吸附、循环性能的优化协调改进，是本发明的技术点，基于此，本发明对其进一步改进处理。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种生物质多孔碳化材料的制备方法及多孔碳化材料，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.本发明解决技术问题采用如下技术方案：本发明提供了一种生物质多孔碳化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至300-350℃，保温5-10min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于3-5倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为300-400r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以1-3℃/s的速率升至50-60℃，保温1-5min，然后再以2-5℃/s的速率升至80-90℃，保温2-5min，再空冷至室温；步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。
7.优选地，所述生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为650-700℃，碳化时间为2-4h。
8.优选地，所述球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量2-5%的壳聚糖、1-3%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；s03：将片状滑石粉置于3-5倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到3-5倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。
9.优选地，所述预改性处理的步骤为：先以350-400℃的温度反应1-2h，然后采用2-5℃/min的速率冷却至室温，即可。
10.优选地，所述硫酸镧溶液的质量分数为10-20%、盐酸溶液的质量分数为2-5%。
11.优选地，所述s04搅拌反应的温度为45-55℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为550-750r/min。
12.优选地，所述s05中球磨转速为1000-1500r/min，球磨时间为20-30min。
13.优选地，所述改性循环稳定剂包括以下重量份原料：2-5份硝酸镍、10-20份去离子水、间苯二酚1-4份、硅烷偶联剂kh560 0.2-0.6份。
14.优选地，所述热压处理的压力为10-15mpa，处理时间为20-30min。
15.本发明还提供了一种生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。
16.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明多孔碳化材料以生物质碳为基料，通过球磨改进处理，配合先第一级的梯度热处理、第二级的梯度热处理，最后热压处理，同时第一级、第二级的热处理中采用改性循环稳定剂中搅拌改性，制备的产品具有多孔吸附性，应用在废水中能够提高废水的吸附效率，而在循环性能上，具有优异的放电比容量以及循环放电容量稳定性；在球磨改进中通过膨润土先预改进，提高其片层间距，再经过硫酸镧溶液等原料复合调理后，配合片状滑石粉，片状滑石粉经过盐酸溶液活性改性后，穿插在膨润土层间距中，再经过球磨改进与基体原料配合，制备的产品循环稳定性优异；改性循环稳定剂以硝酸镍、间苯二酚、硅烷偶联剂kh560配合，经过改性工艺处理，优化的产品的循环稳定性进一步的提高。
实施方式
17.下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本实施例的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至300-350℃，保
温5-10min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于3-5倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为300-400r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以1-3℃/s的速率升至50-60℃，保温1-5min，然后再以2-5℃/s的速率升至80-90℃，保温2-5min，再空冷至室温；步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。
19.本实施例的生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为650-700℃，碳化时间为2-4h。
20.本实施例的球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量2-5%的壳聚糖、1-3%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；s03：将片状滑石粉置于3-5倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到3-5倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。
21.本实施例的预改性处理的步骤为：先以350-400℃的温度反应1-2h，然后采用2-5℃/min的速率冷却至室温，即可。
22.本实施例的硫酸镧溶液的质量分数为10-20%、盐酸溶液的质量分数为2-5%。
23.本实施例的s04搅拌反应的温度为45-55℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为550-750r/min。
24.本实施例的s05中球磨转速为1000-1500r/min，球磨时间为20-30min。
25.本实施例的改性循环稳定剂包括以下重量份原料：2-5份硝酸镍、10-20份去离子水、间苯二酚1-4份、硅烷偶联剂kh560 0.2-0.6份。
26.本实施例的热压处理的压力为10-15mpa，处理时间为20-30min。
27.本实施例的一种生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。
28.实施例1本实施例的生物质多孔碳化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至300℃，保温5min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于3倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为40℃，搅拌时间为20min，搅拌转速为300r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以1℃/s的速率升至50℃，保温1min，然后再以2℃/s的速率升至80℃，保温2min，再空冷至室温；
步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。
29.本实施例的生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为650℃，碳化时间为2h。
30.本实施例的球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量2%的壳聚糖、1%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；s03：将片状滑石粉置于3倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到3倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。
31.本实施例的预改性处理的步骤为：先以350℃的温度反应1h，然后采用2℃/min的速率冷却至室温，即可。
32.本实施例的硫酸镧溶液的质量分数为10%、盐酸溶液的质量分数为2%。
33.本实施例的s04搅拌反应的温度为45℃，搅拌时间为20min，搅拌转速为550r/min。
34.本实施例的s05中球磨转速为1000r/min，球磨时间为20min。
35.本实施例的改性循环稳定剂包括以下重量份原料：2份硝酸镍、10份去离子水、间苯二酚1份、硅烷偶联剂kh560 0.2份。
36.本实施例的热压处理的压力为10mpa，处理时间为20min。
37.本实施例的一种生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。
38.实施例2
39.本实施例中关于生物质多孔碳化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至350℃，保温10min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于5倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为50℃，搅拌时间为30min，搅拌转速为400r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以3℃/s的速率升至60℃，保温5min，然后再以5℃/s的速率升至90℃，保温5min，再空冷至室温；步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。
40.本实施例的生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为700℃，碳化时间为4h。
41.本实施例的球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量5%的壳聚糖、3%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；
s03：将片状滑石粉置于5倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到5倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。
42.本实施例的预改性处理的步骤为：先以400℃的温度反应2h，然后采用5℃/min的速率冷却至室温，即可。
43.本实施例的硫酸镧溶液的质量分数为20%、盐酸溶液的质量分数为5%。
44.本实施例的s04搅拌反应的温度为55℃，搅拌时间为30min，搅拌转速750r/min。
45.本实施例的s05中球磨转速为1500r/min，球磨时间为30min。
46.本实施例的改性循环稳定剂包括以下重量份原料：5份硝酸镍、20份去离子水、间苯二酚4份、硅烷偶联剂kh560 0.6份。
47.本实施例的热压处理的压力为15mpa，处理时间为30min。
48.本实施例的一种生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。
49.实施例3
50.生物质多孔碳化材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至325℃，保温7.5min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于4倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为45℃，搅拌时间为25min，搅拌转速为350r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以2℃/s的速率升至55℃，保温3min，然后再以3℃/s的速率升至86℃，保温3min，再空冷至室温；步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。
51.本实施例的生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为670℃，碳化时间为3h。
52.本实施例的球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量3.5%的壳聚糖、2%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；s03：将片状滑石粉置于4倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到4倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。
53.本实施例的预改性处理的步骤为：先以370℃的温度反应1.5h，然后采用3℃/min
的速率冷却至室温，即可。
54.本实施例的硫酸镧溶液的质量分数为15%、盐酸溶液的质量分数为3%。
55.本实施例的s04搅拌反应的温度为50℃，搅拌时间为25min，搅拌转速为600r/min。
56.本实施例的s05中球磨转速为1250r/min，球磨时间为25min。
57.本实施例的改性循环稳定剂包括以下重量份原料：3.5份硝酸镍、15份去离子水、间苯二酚2份、硅烷偶联剂kh560 0.4份。
58.本实施例的热压处理的压力为12mpa，处理时间为25min。
59.本实施例的一种生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。
60.实施例4
61.生物质多孔碳化材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至310℃，保温6min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于4倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为42℃，搅拌时间为22min，搅拌转速为310r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以2℃/s的速率升至52℃，保温2min，然后再以3℃/s的速率升至82℃，保温3min，再空冷至室温；步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。
62.本实施例的生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为660℃，碳化时间为3h。
63.本实施例的球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量3%的壳聚糖、2%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；s03：将片状滑石粉置于4倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到4倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。
64.本实施例的预改性处理的步骤为：先以360℃的温度反应1.2h，然后采用3℃/min的速率冷却至室温，即可。
65.本实施例的硫酸镧溶液的质量分数为12%、盐酸溶液的质量分数为3%。
66.本实施例的s04搅拌反应的温度为47℃，搅拌时间为26min，搅拌转速为600r/min。
67.本实施例的s05中球磨转速为1290r/min，球磨时间为22min。
68.本实施例的改性循环稳定剂包括以下重量份原料：3份硝酸镍、12份去离子水、间苯二酚2份、硅烷偶联剂kh560 0.3份。
69.本实施例的热压处理的压力为12mpa，处理时间为22min。
70.本实施例的一种生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。
71.对比例1与实施例3不同是未采用球磨改进处理。
72.对比例2与实施例3不同是球磨改进处理未采用片状滑石粉剂。
73.对比例3与实施例3不同是球磨改进处理中预改性膨润土复合调理剂采用膨润土原料直接代替。
74.对比例4与实施例3不同是预改性膨润土复合调理剂的制备中未加入壳聚糖。
75.对比例5与实施例3不同是预改性膨润土复合调理剂的制备中未加入硫酸镧。
76.对比例6与实施例3不同是未采用改性循环稳定剂处理。
77.对比例7与实施例3不同是未采用第二级的梯度热处理。
78.对比例8与实施例3不同是未采用第一级的梯度热处理。
79.本发明将实施例1-4的产品进行废水吸附实验：从实施例1-4产品性能测试看出，产品的废水吸附性效果优异，具有显著的吸附性能；本发明对其循环性能作出进一步的探究：
将实施例1-4及对比例1-8产品首次放电比容量为2550mah/g，循环100次后的性能进行测试，同时测试产品在2%的盐酸酸腐条件下放置10h后的性能；从对比例1-8及实施例1-3可看出；实施例3的产品具有优异的100次放电比容量，同时产品在酸腐条件下性能稳定；未采用球磨改进处理，产品的酸腐性能稳定性显著变差，以及球磨改进处理未采用片状滑石粉剂、球磨改进处理中预改性膨润土复合调理剂采用膨润土原料直接代替、预改性膨润土复合调理剂的制备中未加入壳聚糖，产品的性能均有变差趋势，只有采用本发明的方法制备的产品性能稳定性最为显著；此外未采用改性循环稳定剂处理，产品的性能变差明显，采用改性循环稳定剂能够与球磨改进处理协配，二者协同增效，共同增强产品的性能稳定性；采用第一级、第二级的梯度热处理配合产品其他工艺，产品的性能得到进一步的优化改进。
80.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
81.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至300-350℃，保温5-10min，然后水冷冷却至室温；步骤三：再置于3-5倍的改性循环稳定剂中搅拌改性处理，搅拌温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为300-400r/min，搅拌结束，水洗、干燥；步骤四：将步骤三产物置于第二级的梯度热处理；具体的方法为：将温度先以1-3℃/s的速率升至50-60℃，保温1-5min，然后再以2-5℃/s的速率升至80-90℃，保温2-5min，再空冷至室温；步骤五：最后热压处理，即可得到本发明的多孔碳化材料。2.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述生物质碳为稻壳置于炭化炉中碳化即可得到，碳化温度为650-700℃，碳化时间为2-4h。3.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述球磨改进处理的方法为：s01：将膨润土先预改性处理，处理结束，备用；s02：将s01产物按照重量比1:4加入到硫酸镧溶液中，然后加入膨润土总量2-5%的壳聚糖、1-3%的羧甲基纤维素，搅拌均匀，得到预改性膨润土复合调理剂；s03：将片状滑石粉置于3-5倍的盐酸溶液中搅拌分散，搅拌均匀，得到片状滑石粉剂；s04：s03片状滑石粉剂加入到3-5倍的预改性膨润土复合调理剂中搅拌反应处理，搅拌结束，水洗、干燥，得到膨润土复合球磨剂；s05：膨润土复合球磨剂、生物质碳按照重量比1:10混合，送入到球磨机中球磨，球磨结束，即可。4.根据权利要求3所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述预改性处理的步骤为：先以350-400℃的温度反应1-2h，然后采用2-5℃/min的速率冷却至室温，即可。5.根据权利要求3所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述硫酸镧溶液的质量分数为10-20%、盐酸溶液的质量分数为2-5%。6.根据权利要求3所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述s04搅拌反应的温度为45-55℃，搅拌时间为20-30min，搅拌转速为550-750r/min。7.根据权利要求3所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述s05中球磨转速为1000-1500r/min，球磨时间为20-30min。8.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述改性循环稳定剂包括以下重量份原料：2-5份硝酸镍、10-20份去离子水、间苯二酚1-4份、硅烷偶联剂kh560 0.2-0.6份。9.根据权利要求1所述的一种生物质多孔碳化材料的制备方法，其特征在于，所述热压处理的压力为10-15mpa，处理时间为20-30min。10.一种如权利要求1-9任一项所述生物质多孔碳化材料的制备方法制备的多孔碳化材料。

技术总结
本发明涉及多孔碳化材料技术领域，具体公开了生物质多孔碳化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将生物质碳先置于球磨机中球磨改进处理，球磨结束，干燥；步骤二：随后先第一级的梯度热处理，具体的方法为：将温度先升至300-350℃，保温5-10min，然后水冷冷却至室温。本发明多孔碳化材料以生物质碳为基料，通过球磨改进处理，配合先第一级的梯度热处理、第二级的梯度热处理，最后热压处理，同时第一级、第二级的热处理中采用改性循环稳定剂中搅拌改性，制备的产品具有多孔吸附性，应用在废水中能够提高废水的吸附效率。能够提高废水的吸附效率。


技术研发人员：李丽 王灵玺
受保护的技术使用者：李丽
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/7/25