CN109205622A - 一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法 - Google Patents

一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109205622A
CN109205622A CN201811103284.1A CN201811103284A CN109205622A CN 109205622 A CN109205622 A CN 109205622A CN 201811103284 A CN201811103284 A CN 201811103284A CN 109205622 A CN109205622 A CN 109205622A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous carbon
carbon materials
coke tar
biomass coke
preparation
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.)
Granted
Application number
CN201811103284.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109205622B (zh
Inventor
袁浩然
李德念
张贤
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.)
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Original Assignee
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
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 Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS filed Critical Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority to CN201811103284.1A priority Critical patent/CN109205622B/zh
Publication of CN109205622A publication Critical patent/CN109205622A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109205622B publication Critical patent/CN109205622B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/342—Preparation characterised by non-gaseous activating agents
    • 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
    • C01B32/30—Active carbon
    • C01B32/312—Preparation
    • C01B32/318—Preparation characterised by the starting materials
    • C01B32/324—Preparation characterised by the starting materials from waste materials, e.g. tyres or spent sulfite pulp liquor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法，步骤简单，将生物质焦油废弃物转化制备为具有高比表面积和窄的孔径分布且具有双电层特性的多孔碳材料，可用于超级电容器碳电极，电化学性能优异，将焦油废弃物高值资源化，解决了传统的活化方法难以制备出对比表面积、孔结构有更严格要求的作为超级电容器碳电极用的多孔碳材料的问题，也为解决现有生物质焦油难以资源化利用问题提供一种新方法。

Description

一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法。
背景技术：
我国作为农业大国，拥有巨量的生物质资源，这为生物质气化技术的发展提供了良好的基础，但是气化过程中产生的生物质焦油是制约气化技术快速发展的主要因素。目前对焦油的净化处理方法主要是热化学转化法，然而其存在着高温要求高(＞1000℃)且产物附加值低等缺陷。
多孔碳材料是指具有不同孔道结构的碳材料，包括活性碳、碳分子筛等，按照其孔径大小，多孔碳材料中的孔结构可以分为如下3种：微孔(孔径＜2nm)，介孔(2nm＜孔径＜50nm)，大孔(孔径＞50nm)。多孔碳材料因其具有高度发达的内表面和孔隙结构,作为吸附剂、电极材料和催化剂载体广泛应用于气体的吸附分离与净化、电化学及催化等领域。超级电容器，作为一种介于传统电容器和电池之间的新型的储能器件，近年来发展十分迅速，这也对作为电极的碳材料提出更高的性能要求，然而传统的活化方法难以制备出对比表面积、孔结构有更严格要求的多孔碳材料。因此,近年来开发高比表面积、孔径分布狭窄的多孔碳材料已成为一项国内外储能产业技术发展的新需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法，步骤简单，将生物质焦油废弃物转化制备为具有高比表面积和窄的孔径分布且具有双电层特性的多孔碳材料，可用于超级电容器碳电极，电化学性能优异，将焦油废弃物高值资源化，解决了传统的活化方法难以制备出对比表面积、孔结构有更严格要求的作为超级电容器碳电极用的多孔碳材料的问题，也为解决现有生物质焦油难以资源化利用问题提供一种新方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将Y型分子筛与生物质焦油以≥2的质量比置于石英舟中，石英舟置于管式炉中央，通氮气排尽空气，升温至600～800℃进行反应，保持反应温度20-60min，升温速率为5-15℃/min，反应结束后自然冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的产物浸于15-20wt％的氢氟酸溶液，搅拌20-24h，布氏漏斗中进行抽滤，滤渣用蒸馏水冲洗至中性；
(3)将步骤(2)得到的滤渣转移至17-18wt％的盐酸溶液，搅拌20-24h，抽滤洗涤至中性，真空干燥即得具有高比表面积和窄的孔径分布且具有双电层特性的多孔碳材料；所述多孔碳材料由规整的多面体碳粒堆叠成具有孔道结构，且多面体碳粒的表面具有复杂的微孔结构。
本发明还保护上述制备方法得到的多孔碳材料的应用，作为超级电容器碳电极材料，所制超级电容器比电容高，循环寿命长。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明以生物质焦油为原料，将生物质焦油废弃物转化制备为具有高比表面积和窄的孔径分布且具有双电层特性的多孔碳材料，可用于超级电容器碳电极，电化学性能优异，具有将焦油废弃物高值资源化的特点，与现有焦油处理方法相比，反应条件要求更低，产物附加值更高。
2)本发明制备的生物质焦油衍生多孔碳材料具有高比表面积和窄的孔径分布的复杂的孔结构，最高比表面积达1540m2g-1，其孔隙主要为微孔和介孔，平均孔径为2.8nm，作为超级电容器电极活性组分，所制超级电容器比电容高，循环寿命长，在1A/g的电流密度下的恒流充放电测试中比电容值为230F/g，经过10000圈恒流充放电循环后仍保持了90％的比电容值。
附图说明：
图1是本发明制备多孔碳材料的扫描电镜图；
图2是本发明制备多孔碳材料的高分辨透射电镜图；
图3是本发明制备多孔碳材料的氮吸附曲线(左)和孔径分布图(右)；
图4是本发明制备多孔碳材料的恒流充放电循环性能图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5g焦油与10g NaY分子筛置于石英舟中，石英舟置于管式炉中央，通氮气排尽空气，升温速率为10℃/min，反应温度为600℃，保持反应温度60min，反应结束后自然冷却至室温。
(2)将步骤(1)得到的产物浸于15-20wt％的氢氟酸溶液，搅拌24h，用滤纸在布氏漏斗中进行抽滤，蒸馏水冲洗至中性。
(3)将步骤(2)得到的滤渣转移至18wt％的盐酸溶液，搅拌24h，抽滤洗涤至中性，真空干燥即得多孔碳材料。
为表明本发明制备的多孔碳材料的形貌特征，对本发明多孔碳材料作扫描电镜和透射电镜表征，如图1,2所示，扫描电镜结果显示由焦油制备的多孔碳材料是由相对规整的多面体碳粒堆叠成具有孔道结构的碳材料，碳粒的形貌与将八面体孔结构的分子筛作为模板有关。这种堆叠方式使得多孔碳材料在与电解质溶液保持较大接触面积的同时又利于电解质溶液对其的深层浸润。透射电镜结果显示在多面体碳粒的表面又具有复杂的微孔结构，其可能的原因是与分子筛模板孔道内壁接触的前体更易与分子筛活性位点反应，催化裂解形成微孔结构。这种表面复杂的微孔结构进一步增大了多孔碳材料的表面积和有效孔容，有利于提高双电层电容器的比电容。
为表明本发明制备的多孔碳材料的比表面积和孔径分布，对本发明多孔碳材料作氮吸附比表面测试，如图3所示，结果表明材料具有高比表面积和窄的孔径分布，多孔碳材料的比表面积达1540m2g-1，孔尺寸多在<5nm的范围内，主要是微孔和比较小的介孔。
为表明本发明制备的多孔碳材料作为超级电容器碳电极的电化学性能，作恒流充放电测试，如图4所示，结果显示在1A/g的电流密度下的恒流充放电测试中比电容值为230F/g，经过10000圈恒流充放电循环后仍保持了90％的比电容值。
实施例2
一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5g焦油与13g HY分子筛置于石英舟中，石英舟置于管式炉中央，通氮气排尽空气，升温速率为15℃/min，反应温度为800℃，保持反应温度50min，反应结束后自然冷却至室温。
(2)将步骤(1)得到的产物浸于20wt％的氢氟酸溶液，搅拌24h，用滤纸在布氏漏斗中进行抽滤，蒸馏水冲洗至中性。
(3)将步骤(2)得到的滤渣转移至18wt％的盐酸溶液，搅拌24h，抽滤洗涤至中性，真空干燥即得多孔碳材料。
以上对本发明提供的生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将Y型分子筛与生物质焦油以≥2的质量比置于石英舟中，石英舟置于管式炉中央，通氮气排尽空气，升温至600～800℃进行反应，保持反应温度20-60min，升温速率为5-15℃/min，反应结束后自然冷却至室温；
(2)将步骤(1)得到的产物浸于15-20wt％的氢氟酸溶液，搅拌20-24h，布氏漏斗中进行抽滤，滤渣用蒸馏水冲洗至中性；
(3)将步骤(2)得到的滤渣转移至17-18wt％的盐酸溶液，搅拌20-24h，抽滤洗涤至中性，真空干燥即得具有高比表面积和窄的孔径分布且具有双电层特性的多孔碳材料；所述多孔碳材料由规整的多面体碳粒堆叠成具有孔道结构，且多面体碳粒的表面具有复杂的微孔结构。
2.权利要求1所述生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法得到的多孔碳材料的应用，其特征在于，所述多孔碳材料作为超级电容器碳电极材料。
CN201811103284.1A 2018-09-20 2018-09-20 一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法 Active CN109205622B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811103284.1A CN109205622B (zh) 2018-09-20 2018-09-20 一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811103284.1A CN109205622B (zh) 2018-09-20 2018-09-20 一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109205622A true CN109205622A (zh) 2019-01-15
CN109205622B CN109205622B (zh) 2020-11-10

Family

ID=64984377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811103284.1A Active CN109205622B (zh) 2018-09-20 2018-09-20 一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109205622B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112713005A (zh) * 2020-12-23 2021-04-27 浙江大学 一种生物油轻质馏分基面包状多孔活性炭及其制备方法和用途
CN115709981A (zh) * 2022-11-24 2023-02-24 安徽工业大学 金属盐与分子筛协同催化塑料废弃物制备碳材料的方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001968A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Nippon Steel Chem Co Ltd 多孔質炭素の製造方法
CN101290837A (zh) * 2008-06-11 2008-10-22 天津大学 大倍率充放电性能超级电容器的多孔炭电极制备方法
CN101719424A (zh) * 2010-01-12 2010-06-02 山东理工大学 一种超级电容器微孔炭材料的制备方法
WO2010132123A1 (en) * 2009-05-14 2010-11-18 The University Of North Dakota Method for creating high carbon content products from biomass oil
CN102718211A (zh) * 2012-07-03 2012-10-10 北京大学深圳研究生院 一种生物质制备活性炭的方法
CN104591184A (zh) * 2015-02-03 2015-05-06 安徽工业大学 一种超级电容器用壳状中孔炭材料的制备方法
CN205398124U (zh) * 2016-02-04 2016-07-27 辛集市远翔环保能源科技有限公司 一种连续生产活性炭的装置
CN105883750A (zh) * 2016-04-14 2016-08-24 神华集团有限责任公司 介孔炭及其制备方法
CN107804835A (zh) * 2017-11-16 2018-03-16 陕西盛迈石油有限公司 一种沸石矿模板制备多孔炭的方法
CN108163841A (zh) * 2018-01-17 2018-06-15 华中科技大学 一种利用焦油制备石墨烯的方法
CN108264045A (zh) * 2018-02-02 2018-07-10 中国科学院生态环境研究中心 废弃生物质热解焦油制备超高比表面积多孔炭材料的方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001968A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Nippon Steel Chem Co Ltd 多孔質炭素の製造方法
CN101290837A (zh) * 2008-06-11 2008-10-22 天津大学 大倍率充放电性能超级电容器的多孔炭电极制备方法
WO2010132123A1 (en) * 2009-05-14 2010-11-18 The University Of North Dakota Method for creating high carbon content products from biomass oil
CN101719424A (zh) * 2010-01-12 2010-06-02 山东理工大学 一种超级电容器微孔炭材料的制备方法
CN102718211A (zh) * 2012-07-03 2012-10-10 北京大学深圳研究生院 一种生物质制备活性炭的方法
CN104591184A (zh) * 2015-02-03 2015-05-06 安徽工业大学 一种超级电容器用壳状中孔炭材料的制备方法
CN205398124U (zh) * 2016-02-04 2016-07-27 辛集市远翔环保能源科技有限公司 一种连续生产活性炭的装置
CN105883750A (zh) * 2016-04-14 2016-08-24 神华集团有限责任公司 介孔炭及其制备方法
CN107804835A (zh) * 2017-11-16 2018-03-16 陕西盛迈石油有限公司 一种沸石矿模板制备多孔炭的方法
CN108163841A (zh) * 2018-01-17 2018-06-15 华中科技大学 一种利用焦油制备石墨烯的方法
CN108264045A (zh) * 2018-02-02 2018-07-10 中国科学院生态环境研究中心 废弃生物质热解焦油制备超高比表面积多孔炭材料的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAKASHI KYOTANI ET AL: ""Formation of New Type of Porous Carbon by Carbonization in Zeolite Nanochannels"", 《CHEM. MATER.》 *
曾来 等: ""气体分离用碳分子筛吸附剂的制备研究进展"", 《炭素技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112713005A (zh) * 2020-12-23 2021-04-27 浙江大学 一种生物油轻质馏分基面包状多孔活性炭及其制备方法和用途
CN115709981A (zh) * 2022-11-24 2023-02-24 安徽工业大学 金属盐与分子筛协同催化塑料废弃物制备碳材料的方法
CN115709981B (zh) * 2022-11-24 2024-01-30 安徽工业大学 金属盐与分子筛协同催化塑料废弃物制备碳材料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109205622B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. A critical review on the application and recent developments of post-modified biochar in supercapacitors
Li et al. Green conversion of bamboo chips into high-performance phenol adsorbent and supercapacitor electrodes by simultaneous activation and nitrogen doping
Zhang et al. Preparation of N-doped supercapacitor materials by integrated salt templating and silicon hard templating by pyrolysis of biomass wastes
Li et al. The synthesis and performance analysis of various biomass‐based carbon materials for electric double‐layer capacitors: a review
CN106365163B (zh) 一种剑麻纤维活性炭的制备方法及该剑麻纤维活性炭在锂离子电容器中的应用
CN107827107B (zh) 一种木棉基中空多孔炭微管或多孔炭微带的制备方法
CN109987604B (zh) 一种多孔碳材料及其制备方法
CN108128773B (zh) 一种利用花生壳制备电化学电容器用电极碳材料的方法
CN110813240B (zh) 一种超高性能生物质基香蕉皮导向活性炭VOCs吸附剂的制备方法及其应用
CN111017927A (zh) 一种基于秸秆水热炭化的氮掺杂多孔炭制备及应用方法
CN107697913B (zh) 一种基于核桃壳的高电容性能的分级多孔炭的制备方法
CN107244664B (zh) 类石墨烯结构碳电极材料的制备方法及应用
CN110627065B (zh) 一种基于黄麻的含氮多孔碳的制备方法及其应用
AU2020101074A4 (en) Licorice root residue-based hierarchical porous carbon, preparation method and application thereof
Luo et al. Hierarchical porous biochar from kelp: Insight into self-template effect and highly efficient removal of methylene blue from water
Chen et al. Simple pyrolysis of alginate-based hydrogel cross-linked by bivalent ions into highly porous carbons for energy storage
CN114408920A (zh) 一种利用废弃膜材料制备孔径可调控活性炭的固体废物资源化方法及其产品
WO2022130351A1 (en) Process for obtaining high surface area mesoporous carbons from biomass waste for energy storage
CN115043479A (zh) 一种氮掺杂生物炭及其制备方法和应用
CN109205622A (zh) 一种生物质焦油衍生多孔碳材料的制备方法
CN101234332A (zh) 一种利用污泥和废石墨制备活性吸附材料方法
CN112133572A (zh) 用作超级电容器的三维多孔生物质碳材料及其制备方法
CN110835108A (zh) 一种微尺度下同步模板活化法制备多功能炭材料的方法
CN103395781A (zh) 蟹壳生物模板法制备三维有序大孔-介孔炭材料
Xie et al. Study on preparation of nitrogen-doped hierarchically porous and high-performance carbon materials from seaweed biomass

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