CN104118874B - 一种活性炭/石墨烯复合物的制备方法 - Google Patents
一种活性炭/石墨烯复合物的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种活性炭/石墨烯复合物及其制备方法。原料按质量分数计将45～90％生物质、5～50％碳氮化合物和5～10％含过渡金属化合物混合均匀；混合的原料在300～500℃加热2～5h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；将块状材料在600～900℃保护气体氛围中加热5～60min，得到活性炭/石墨烯复合物。生物质为秸秆、蔗糖渣、木屑、稻草的任意一种或任意混合。利用生物质材料直接合成活性炭/石墨烯复合材料方法简易，材料简单易得，且所得活性炭/石墨烯复合材料比电容符合电极材料的要求，适合大规模生产应用。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，具体涉及活性炭/石墨烯复合物及其制备方法
背景技术
目前电容器电极材料主要为活性炭，但由于活性炭结构复杂，孔利用率低，导电性差，充电慢。
石墨烯自人们发现以来，以其特殊的结构和优异的性能引起人们广泛的关注。它具有高的比表面积，优异的导电能力和电容性能。
活性炭中引入石墨烯，能够优化活性炭中孔的结构，同时还还能够增强活性炭的导电性，使得充电时间缩短，比电容增加。
目前活性炭/石墨烯的制备主要是将石墨烯物理掺入到活性炭中，但因为石墨烯的制作成本高而显著增大了电极材料的成本。并且简单的物理混合尚不能完全发挥活性炭/石墨烯的性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种简易制备活性炭/石墨烯复合物的方法，其原料易得，成本低，并且所得活性炭/石墨烯复合物的性能更加优异。
一种活性炭/石墨烯复合物的制备方法，利用生物质为原料，包括以下步骤：
原料按质量分数计将45～90％生物质、5～50％碳氮化合物和5～10％含过渡金属化合物混合均匀；
混合的原料在300～500℃加热2～5h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
将块状材料在600～900℃保护气体氛围中加热5～60min，得到活性炭/石墨烯复合物。
按上述方案，所述生物质为秸秆、蔗糖渣、木屑、稻草的任意一种或任意混合。
按上述方案，所述碳氮化合物为三聚氰胺、尿素、含氮苯环化合物的任意一种或任意混合。
按上述方案，所述含过渡金属化合物为铁、钴、镍单质及其盐类的任意一种或任意混合。
按上述方案，所述保护气体为氮气或氩气。
本发明的有益效果在于：
利用生物质材料直接合成活性炭/石墨烯复合材料方法简易，材料简单易得，且所得活性炭/石墨烯复合材料比电容复合电极材料的要求，适合大规模生产应用。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术内容，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明利用生物质材料制备活性炭/石墨烯复合物过程如下：
原料按质量分数计将45～90％生物质、5～50％碳氮化合物和5～10％含过渡金属化合物混合均匀；
上步混合的原料在300～500℃加热2～5h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
将上步灰色、结构蓬松的块状材料在600～900℃保护气体氛围中加热5～60min，得到活性炭/石墨烯复合物。
本发明所用生物质可以为秸秆、蔗糖渣、木屑、稻草的任意一种或任意混合。原料易得，可选择性大。
本发明所用碳氮化合物可以为三聚氰胺、尿素、含氮苯环化合物的任意一种或任意混合。原料易得，可选择性大。
本发明所用含过渡金属化合物可以为铁、钴、镍单质及其盐类的任意一种或任意混合。原料易得，可选择性大。
所选保护气体为氮气或氩气。
实施例1
用有机生物质制备活性炭/石墨烯复合物，通过如下步骤制备得到：
(1)按如下质量分数称取各组分原料：秸秆碎粒45％、三聚氰胺50％，硝酸铁5％；
(2)将上述各组分混合均匀后，放入温度为300℃的炉中加热3h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
(3)将上述得到的块状材料放入温度为600℃通有氮气的炉中加热10min，得到活性炭/石墨烯复合物。
性能表征，在电流为0.5A/g时，其比电容达到180F/g。
实施例2
用有机生物质制备活性炭/石墨烯复合物，通过如下步骤制备得到：
(1)按如下质量分数称取各组分原料：秸秆碎粒80％、三聚氰胺12％，硝酸铁8％；
(2)将上述各组分混合均匀后，放入温度为500℃的炉中加热3h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
(3)将上述得到的块状材料放入温度为900℃通有氮气的炉中加热5min，得到活性炭/石墨烯复合物。
性能表征，在电流为0.5A/g时，其比电容达到170F/g。
实施例3
用有机生物质制备活性炭/石墨烯复合物，通过如下步骤制备得到：
(1)按如下质量分数称取各组分原料：秸秆碎粒90％、三聚氰胺5％，硝酸铁5％；
(2)将上述各组分混合均匀后，放入温度为400℃的炉中加热3h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
(3)将上述得到的块状材料放入温度为800℃通有氮气的炉中加热30min，得到活性炭/石墨烯复合物。
性能表征，在电流为0.5A/g时，其比电容达到176F/g。
实施例4
用有机生物质制备活性炭/石墨烯复合物，通过如下步骤制备得到：
(1)按如下质量分数称取各组分原料：秸秆碎粒70％、三聚氰胺20％，硝酸铁10％；
(2)将上述各组分混合均匀后，放入温度为400℃的炉中加热2h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
(3)将上述得到的块状材料放入温度为800℃通有氮气的炉中加热20min，得到活性炭/石墨烯复合物。
性能表征，在电流为0.5A/g时，其比电容达到165F/g。
实施例5
用有机生物质制备活性炭/石墨烯复合物，通过如下步骤制备得到：
(1)按如下质量分数称取各组分原料：秸秆碎粒80％、三聚氰胺12％，硝酸铁8％；
(2)将上述各组分混合均匀后，放入温度为500℃的炉中加热5h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
(3)将上述得到的块状材料放入温度为900℃通有氮气的炉中加热60min，得到活性炭/石墨烯复合物。
性能表征，在电流为0.5A/g时，其比电容达到173F/g。
Claims (5)
1.一种活性炭/石墨烯复合物的制备方法，其特征在于利用生物质为原料，包括以下步骤：
原料按质量分数计将45～90％生物质、5～50％碳氮化合物和5～10％含过渡金属化合物混合均匀；
混合的原料在300～500℃加热2～5h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；
将块状材料在600～900℃保护气体氛围中加热5～60min，得到活性炭/石墨烯复合物。
2.如权利要求1所述活性炭/石墨烯复合物的制备方法，其特征在于所述生物质为秸秆、蔗糖渣、木屑、稻草的任意一种或任意混合。
3.如权利要求1所述活性炭/石墨烯复合物的制备方法，其特征在于所述碳氮化合物为三聚氰胺、尿素、含氮苯环化合物的任意一种或任意混合。
4.如权利要求1所述活性炭/石墨烯复合物的制备方法，其特征在于所述含过渡金属化合物为铁、钴、镍单质及其盐类的任意一种或任意混合。
5.如权利要求1所述活性炭/石墨烯复合物的制备方法，其特征在于所述保护气体为氮气或氩气。
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