CN113666370A - 一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，属于生物质电容炭材料制备技术领域，目的在于提供一种采用干法混合原料和连续炭化反应器来生产高比表面积活性生物质电容炭的方法，本发明利用微生物对原材料酒糟进行二次培养纯化，对热处理或者微波辐照碳化得到的生物质酒糟粉末与KOH和/或NaOH活化剂混合，在氮气保护下升温活化，恒温120分钟，反应结束后在氮气保护下降温到室温，取出产物进行回收和水洗，进行烘干制成品。本发明产品安全可靠，提高了生产过程中的安全性生产过程更加连续，提高了生产效率，降低了生产成本，产品质量稳定，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生物质电容炭材料制备技术领域，具体涉及一种化学活化法生产高比表面活性生物质电容炭材料的方法。
背景技术
在生物质电容炭的现有制备方法中，以化学分散法最为适应于大规模生产生物质电容炭材料，尤其是粉末状生物质电容炭材料。具体地，还原方法包括化学还原法，比如利用水合肼等强还原剂、高温加热处理、微波辐照处理、电化学还原等，可得到导电的具有较高比表面积的生物质电容炭材料。但是，目前几种方法得到的生物质电容炭粉末的比表面积均在1000 m2/g以下，一般小于700m2/g，远低于生物质电容炭的理论比表面积。此技术瓶颈约束了生物质电容炭材料的进一步应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用干法混合原料和连续炭化反应器来生产高比表面积活性生物质电容炭的方法，具体为一种二次微生物发酵酒糟制备高比表面活性生物质电容炭的连续化制备方法。
本发明采用如下技术方案：
一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，包括如下步骤：
第一步，将微生物均匀分散到酒糟中，加入营养成分通过二次发酵得到微生物酒糟混合体；
第二步，将混合体干燥碳化得到生物质电容炭；
第三步，将生物质电容炭与强碱固体进行干混，通过高速粉碎机使其混合均匀；
第四步，将第三步得到的混合物装入镍反应器，在惰性气体保护下进行高温活化反应；
第五步，反应结束后，在氮气保护下降温到室温，取出活性生物质电容炭进行KOH回收和水洗，进行烘干制成成品。
进一步地，第一步中所述微生物包括大肠杆菌或酵母菌。
进一步地，第三步所述强碱包括氢氧化钾和氢氧化钠中的任意一种或两种，生物质电容炭与强碱的重量比为1:3~5。
进一步地，第四步中所述高温活化反应如下：升温速度10～12℃/min，到400～500℃恒温1小时脱水；再继续以升温速度10～12℃/min，升温到750～850℃，开始活化，恒温120min。
进一步地，第五步中所述水洗次数为2-6次。
本发明的有益效果如下：
本发明创新的采用通过加入酵母菌二次培养发酵酒糟，将多余的粗蛋白和粗脂肪转化为生物炭源，大大提高了炭收率。比表面积为1800～2900 m2/g。制备得到的高比表面活性生物质电容炭材料在保证高比表面积的同时，保持了生物质电容炭材料的高电导。
本发明的电容炭材料用于储氢、锂离子电池、超级电容器或者燃料电池，以及纳电子器件、高频电路、光子传感器、基因电子测序和减少噪音。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，包括如下步骤：
第一步，将微生物均匀分散到酒糟中，加入营养成分通过二次发酵得到微生物酒糟混合体；
第二步，将混合体干燥碳化得到生物质电容炭；
第三步，将生物质电容炭与强碱固体进行干混，通过高速粉碎机使其混合均匀；
第四步，将第三步得到的混合物装入镍反应器，在惰性气体保护下进行高温活化反应；
第五步，反应结束后，在氮气保护下降温到室温，取出活性生物质电容炭进行KOH回收和水洗，进行烘干制成成品。
本发明中的将微生物均匀分散到酒糟中，加入营养成分通过二次发酵为本领域公知技术。
实施例1
（1）大肠杆菌培养的酒糟碳化得到生物质电容炭，称取30g 生物质电容炭；将KOH与生物质电容炭按重量4：1混合加入到粉碎机里快速粉碎混合均匀；而后将混合均匀后的原料装入镍反应器内，封闭反应器后，通入氮气，置换反应器中的空气，在氮气保护下升温，升温速度10～12℃/min，到450℃，恒温2小时脱水；再继续以升温速度10～12℃/min，升温到850℃，开始活化，恒温120min，反应结束后在氮气保护下降温到室温，取出产物进行水洗水洗，进行烘干制成产品，其BET表面积为2240m2/g。
实施例2
（1）酵母菌培养的酒糟碳化得到生物质电容炭，称取40g 生物质电容炭；将KOH与生物质电容炭按重量5：1混合加入到粉碎机里快速粉碎混合均匀；而后将混合均匀后的原料装入镍反应器内，封闭反应器后，通入氮气，置换反应器中的空气，在氮气保护下升温，升温速度10～12℃/min，到450℃，恒温2小时脱水；再继续以升温速度10～12℃/min，升温到800℃，开始活化，恒温120min，反应结束后在氮气保护下降温到室温，取出产物进行水洗水洗，进行烘干制成产品，其BET表面积为2530m2/g。
实施例3
（1）大肠杆菌培养的酒糟碳化得到生物质电容炭，称取40g 生物质电容炭；将KOH与生物质电容炭按重量5：1混合加入到粉碎机里快速粉碎混合均匀；而后将混合均匀后的原料装入镍反应器内，封闭反应器后，通入氮气，置换反应器中的空气，在氮气保护下升温，升温速度10～12℃/min，到450℃，恒温2小时脱水；再继续以升温速度10～12℃/min，升温到800℃，开始活化，恒温120min，反应结束后在氮气保护下降温到室温，取出产物进行水洗水洗，进行烘干制成产品，其BET表面积为2570m2/g。
实施例4
利用KOH、NaOH混合活化剂活化制备高比表面活性生物质电容炭材料的方法，包括以下制备步骤：
（1）酵母菌培养的酒糟碳化得到生物质电容炭，称取20g 生物质电容炭；将KOH和NaOH按摩尔比5：1混合，与生物质电容炭按重量5：1混合加入到粉碎机里快速粉碎混合均匀；而后将混合均匀后的原料装入镍反应器内，封闭反应器后，通入氮气，置换反应器中的空气，在氮气保护下升温，升温速度10～12℃/min，到450℃，恒温2小时脱水；再继续以升温速度10～12℃/min，升温到800℃，开始活化，恒温120min，反应结束后在氮气保护下降温到室温，取出产物进行水洗水洗，进行烘干制成产品，其BET表面积为2390m2/g。
本发明实施例1~4制备得到的高比表面活性生物质电容炭材料，比表面积为1800～2900 m2/g，与现有技术相比，安全可靠、生产连续、提高率生产效率，降低了生产成本；采用全自动炭化反应器，从进料到出料全自动操作，提高率生产效率，降低了生产成本。本发明实施例1~4制备得到的高比表面活性生物质电容炭材料在保证高比表面积的同时，保持了生物质电容炭材料的高电导。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，将微生物均匀分散到酒糟中，加入营养成分通过二次发酵得到微生物酒糟混合体；
第二步，将混合体干燥碳化得到生物质电容炭；
第三步，将生物质电容炭与强碱固体进行干混，通过高速粉碎机使其混合均匀；
第四步，将第三步得到的混合物装入镍反应器，在惰性气体保护下进行高温活化反应；
第五步，反应结束后，在氮气保护下降温到室温，取出活性生物质电容炭进行KOH回收和水洗，进行烘干制成成品。
2.根据权利要求1所述的一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，其特征在于：第一步中所述微生物包括大肠杆菌或酵母菌。
3.根据权利要求1所述的一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，其特征在于：第三步所述强碱包括氢氧化钾和氢氧化钠中的任意一种或两种，生物质电容炭与强碱的重量比为1:3~5。
4.根据权利要求1所述的一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，其特征在于：第四步中所述高温活化反应如下：升温速度10～12℃/min，到400～500℃恒温1小时脱水；再继续以升温速度10～12℃/min，升温到750～850℃，开始活化，恒温120min。
5.根据权利要求1所述的一种酒糟二次微生物发酵活化制备电容炭材料的方法，其特征在于：第五步中所述水洗次数为2-6次。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211119 |
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