CN113666355A - 番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法。此材料制备方法包括：（1）将干净的番茄皮渣干燥、球磨、过筛，得番茄皮渣粉末；（2）分别称取ZnCl2、NaCl、FeCl3·6H2O、H2O、番茄皮渣粉末搅拌均匀后干燥；（3）在N2气氛下高温碳化，将碳化后的产物与HCl在烧杯中混合搅拌，离心分离出的固体粉末用蒸馏水清洗至中性，再干燥，得番茄皮渣衍生的多孔碳材料。本发明不仅原料易得，制备方法简单，生产成本低，效率高，将为番茄皮渣资源利用提供新的途径；制成的番茄皮渣衍生的多孔碳材料环保、安全，而且有效减少其生产的环境污染问题。
Description
技术领域
本发明属于生物质衍生的多孔碳材料的制备技术领域。
背景技术
新疆番茄皮渣加工企业年产数量巨大的皮渣废弃物，其处理一直困扰加工企业。将番茄皮渣制备成具有优异性能的纳米多孔碳材料并用于环境污染物处理，将为番茄皮渣资源利用提供新的途径，为企业增效创收提供技术支撑。
生物质衍生的多孔碳材料是以生物质为原材料，在高温、无氧或缺氧条件下，经热解所产生的富碳固态物质。生物质碳原材料主要有污泥、秸秆和农业废弃物等。不同生物质原材料、合成条件等因素会造成所制备的碳材料具有不同的孔隙度、比表面积及灰分含量，从而使得碳材料表现出不同的应用潜力。其中，对生物质衍生的多孔碳材料的理化性质和环境功能影响最大的因素是生物质原材料的选择和合成时的热解温度。由于不同的生物质原材料中木质素、纤维素和半纤维素间的比重不同，生物质衍生的多孔碳材料的结构和孔隙度受生物质原材料的影响较大。热解温度则主要影响生物质衍生的多孔碳材料的比表面积大小和芳香程度高低。热解温度越高，则生物质衍生的多孔碳材料的pH值、比表面积、芳香性程度及灰分含量越高，同时也会伴随着产率的降低。
生物质衍生的多孔碳材料的制备方法很多，其中高温热解法和水热碳化法是最常使用的制备方法。水热碳化法是以水为反应溶剂，一定温度下在封闭的反应釜中发生碳化的方法。反应过程中，在高温高压条件下，生物质原材料与水发生作用，促进了生物质原材料碳水化合物的分解，最终得到生物质碳材料。水热碳化法具有环境友好、能耗低和产率高的优点，但也存在产物比表面积小、孔隙度较低等缺点。因此，需要通过进一步活化造孔等手段改善其孔隙度。高温热解法是在惰性气氛下加热，并保温一定时间使生物质原材料发生碳化的方法。高温热解法工艺简单，成本低廉，广泛用于生物质衍生的多孔碳材料的制备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，利用高温碳化法，将废弃的番茄皮渣制备成具有优异性能的多孔碳材料，将为番茄皮渣资源利用提供新的途径，为新疆番茄企业增效创收提供技术支撑。
为实现上述技术目的，本发明提供了番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将干净的番茄皮渣放入烘箱中干燥，然后用球磨机球磨，过200目筛，得番茄皮渣粉末。
步骤二：分别称取ZnCl2、NaCl、FeCl3·6H2O放入50mL烧杯中，加入 4mL H2O，搅拌至溶解。而后向烧杯中加入1g番茄皮渣粉末，搅拌均匀后放入烘箱中干燥。
步骤三：将干燥后的样品转入瓷舟中，置于管式炉中，在N2气氛下高温碳化，将碳化后的产物置于含有6mol/L HCl的烧杯中搅拌若干时间，离心分离出的固体粉末用蒸馏水清洗至中性，再置于烘箱中干燥，得番茄皮渣衍生的多孔碳材料(TPC)。
优选地，第一步中干燥温度为120℃。
优选地，第二步中所述三种盐的质量分别为17.28g、1.44g、3.68g。
优选地，第二步中所述干燥时间为12h。。
优选地，第三步中所述碳化温度为预碳化500℃、高温碳化800℃。
优选地，第三步中所述搅拌时间为12h。
附图说明
图1为TPC在不同分辨率下的扫描电镜图。
图2为TPC的X射线能量色散与光谱图。
图3(a)和(b)分别为TPC的N2吸脱附等温曲线图和TPC的孔径分布图
图4为TPC的红外光谱图。
Claims (6)
1.番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将干净的番茄皮渣放入烘箱中干燥，然后用球磨机球磨，过200目筛，得番茄皮渣粉末；（2）分别称取ZnCl2、NaCl、FeCl3·6H2O放入50 mL烧杯中，加入4 mL H2O，搅拌至溶解，而后向烧杯中加入1 g番茄皮渣粉末，搅拌均匀后放入烘箱中干燥；（3）将干燥后的样品转入瓷舟中，置于管式炉中，在N2气氛下高温碳化，将碳化后的产物置于含有6 mol/L HCl的烧杯中搅拌若干时间，离心分离出的固体粉末用蒸馏水清洗至中性，再置于烘箱中干燥，得番茄皮渣衍生的多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述的番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，步骤一中的干燥温度为120℃。
3.根据权利要求2所述的番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，第二步中所述ZnCl2、NaCl、FeCl3·6H2O的质量分别为17.28 g、1.44 g、3.68 g。
4.根据权利要求2所述的番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，第二步中所述干燥温度为80℃，干燥时间为12h。
5.根据权利要求3所述的番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，第三步中所述高温碳化条件为：先以5 ℃/min的升温速率升温至500℃保温2 h，然后以10℃/min的升温速率升温至800℃保温1 h，然后降至室温。
6.根据权利要求3所述的番茄皮渣衍生的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，第三步中所述搅拌时间为12h，干燥温度为80℃。
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