CN114149023A - 一种烟草废物高价值转化再利用的方法 - Google Patents

一种烟草废物高价值转化再利用的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114149023A
CN114149023A CN202111461382.4A CN202111461382A CN114149023A CN 114149023 A CN114149023 A CN 114149023A CN 202111461382 A CN202111461382 A CN 202111461382A CN 114149023 A CN114149023 A CN 114149023A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tobacco
boron
nitrogen
mixed solution
tobacco waste
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
CN202111461382.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114149023B (zh
Inventor
李硕
陈祥
程陈
吴宇阳
陈政权
郭淑青
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.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
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 Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN202111461382.4A priority Critical patent/CN114149023B/zh
Publication of CN114149023A publication Critical patent/CN114149023A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114149023B publication Critical patent/CN114149023B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00Compounds of zinc
    • C01G9/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22Electrodes
    • H01G11/30Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32Carbon-based
    • H01G11/44Raw materials therefor, e.g. resins or coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种烟草废物高价值转化再利用的方法。采用去离子水对烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质清洗干净后烘干、破碎后,获得预处理的烟草废物粉末;将预处理的烟草废物粉末加入到含有固态氮源和硼源的去离子水中,配置获得烟草混合溶液;将烟草混合溶液倒入高压反应釜中加热后进行过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳;混合纳米碳酸钙粉末和氮硼共掺杂生物碳制备并后续利用盐酸溶液清洗去除碳酸钙模板得到烟草基氮硼掺杂多孔碳;最后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液中,过滤洗涤干燥后制备得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料,利用该方法制备的超级电容器电极具有成本低廉、比电容大、稳定性良好的优势。

Description

一种烟草废物高价值转化再利用的方法
技术领域
本发明属于废弃生物质资源化利用领域,尤其涉及一种烟草废物高价值转化再利用的方法。
背景技术
超级电容器在现代储能系统构建中的关注度越来越高,其在兼容新能源和常规能源的大电网建设和源网荷储结构一体化中起到关键的作用,这就对超级电容器的储能能力提出了更高的要求。
超级电容器的储能能力与电极材料密切相关。超级电容器电极材料主要包含活性碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物或金属氢氧化物等。活性碳材料主要用于双层电容器电极材料的制备,过渡金属氧化物或导电聚合物则主要用于制备赝电容器。研究发现赝电容器的能量和功率密度比双电层电容器更高,但是在氧化还原反应过程中容易出现形貌坍塌进而导致稳定性变差,且过渡金属的成本也偏高,而活性碳材料可以由生物质碳化然后改性得到,成本低廉且形貌更加稳定,将两者结合起来就可以获得兼具高比电容和高稳定性的电容器材料。利用金属氧化物制备超级电容器电极材料往往是在高温高压下在碳基底上直接进行氧化反应生长金属膜层,该反应的工艺复杂性高,反应过程可控性差,消耗的电能也较大,能量利用率低;而将过渡金属的氢氧化物与多孔碳复合的方法目前主要有化学气相沉积、电化学沉积或是电镀等,这些方法通常也需要巨大的能量,并且复合的均匀性易受工艺影响。水热法可在较低的温度和能耗下实现碳材料和杂元素的掺杂以及碳材料和其他化合物的复合,通过该方法制备的材料均一可控,被认为是绿色经济的途径之一。
烟草在加工过程中不可避免产生大量的烟草废弃物,且其富含蛋白质、氨基酸等高含氮化合物,碳、氮元素含量丰富,是一种适合制备成超级电容器所需的生物碳电极的前驱体材料。结合水热反应对其进行有效处理和结构调整,促使其转化为孔隙丰富和电化学性能优良的材料,对超级电容器电极材料的发展有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足,提供一种烟草废物高价值转化再利用的方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,具体包括以下具体步骤:
S1、烟草废弃物质的预处理:
选取烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质,洗净,烘干,破碎,获得预处理烟草废物粉末;
S2、配置烟草混合溶液:
将固态氮源和硼源物质加入到足量的去离子水中,搅拌制备成浓度为1~3mol/L的混合溶液,将步骤S1中得到的预处理烟草废物粉末浸入混合溶液,搅拌后浸渍12h,获得烟草混合溶液;
S3、制备氮硼共掺杂生物碳材料:
将所述步骤S2中得到的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,加热时长为4~6h,反应结束后进行过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳;
S4、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料:
将步骤S3中得到的氮硼共掺杂生物碳和纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨
30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,对反应物进行活化,活化后在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;
将未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入酸溶液进行煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳;
S5、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料:
将锌盐溶解在去离子水中制备锌盐溶液,将步骤S4中得到的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将浓碱溶液喷淋进混合溶液的同时对其进行搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
进一步地,在所述步骤S1中,烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质生长时长在120天以上。
进一步地,在所述步骤S2中,所用的氮源为季氨碱,所用的硼源为硼氢化钾,季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1~1:2,预处理烟草废物粉末与季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1~1:1.5。
进一步地,在所述步骤S3中,加热温度为150~190℃。
进一步地,在所述步骤S4中,氮硼共掺杂生物碳与纳米碳酸钙的质量比为1:1~1:3。
进一步地,在所述步骤S4中,管式炉的升温速率为10℃/min,活化温度为500~700℃,活化时间1~2h。
进一步地,在所述步骤S4中,酸溶液为0.5mol/L的稀盐酸溶液,煮洗时间为2~4h。
进一步地,在所述步骤S5中,锌盐为氯化锌,浓碱溶液为氢氧化钾溶液,其中碳、锌、钾元素的摩尔比为1:1:2。
本发明的有益效果是:
(1)本发明采用烟草废弃物作为前驱体,原料来源广泛,成本低廉,且富含丰富的碳、氮元素,利用该原料制备得到的生物碳品质量优秀且有利于杂原子的掺杂;
(2)本发明使用的季氨碱和硼氢化钾都呈碱性,便于催化烟草水热反应,有利于氮硼交联嵌入多孔碳,改善氮掺杂多孔碳的稳定性,并提高其赝电容;
(3)本发明充分利用纳米碳酸钙的立体和纳米微粒结构,结合生物碳活化处理工艺,提高了电极材料的比表面积等电化学参数。
(4)在烟草基多孔碳材料与氢氧化物复合过程中,本发明采用浓碱喷雾沉积的方式,可以节省大量能源,在常温常压的环境下实现多孔碳和金属氢氧化物的均匀复合,制备出同时具有高能量密度和高稳定性的超级电容器电极材料。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为150℃,加热时长为4h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和200g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在500℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
测试方法:为分析电极材料的电化学特性,将电极材料制备成工作电极。首先将电极材料与乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比8∶1∶1均匀混合,然后将混合物均匀涂敷在泡沫镍上,在10MPa下压制成电极片,采用CHI660E电化学工作站进行测试。测试条件为∶选用Hg/HgO为参比电极,铂片为对电极,6mol/L的KOH溶液为电解质,电压范围为0.2~0.4V,电化学阻抗谱频率10-2~10°Hz(交流电压5mV)。
经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量415.1F/g,经过5000次循环后比电容量保持在365.4F/g。
实施例2
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和200g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为150℃,加热时长为6h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和200g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在500℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
该实施例的测试方法同实施例1,经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量为443.4F/g,经5000次循环后比电容量保持在395.2F/g。
实施例3
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和200g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为190℃,加热时长为6h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和600g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在500℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
该实施例的测试方法同实施例1,经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量452.6F/g,经5000次循环后比电容量保持在391.5F/g。
实施例4
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和200g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为190℃,加热时长为6h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和600g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在700℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
该实施例的测试方法同实施例1,经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量保持505.1F/g,经5000次循环后比电容量保持在416.3F/g。
实施例5
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为170℃,加热时长为4h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和600g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在500℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
该实施例的测试方法同实施例1,经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量424.1F/g,经过5000次循环后比电容量保持在383.2F/g。
实施例6
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为150℃,加热时长为4h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和200g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在600℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
该实施例的测试方法同实施例1,经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量443.1F/g,经过5000次循环后比电容量保持在398.2F/g。
实施例7
一种烟草废物高价值转化再利用的方法,包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
步骤S1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目,获得预处理的烟草废物粉末。
步骤S2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中,同时电磁搅拌30min制备混合溶液,将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液,电磁搅拌30min后浸渍12h,获得烟草混合溶液。
步骤S3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,温度设为150℃,加热时长为4h,反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
步骤S4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和400g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,使用10℃/min的升温速率,将反应物维持在500℃的活化温度,活化1h后,在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/L的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
步骤S5、用去离子水将70g纯度80%的氢氧化钾和85g纯度80%的氯化锌制备成溶液,将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
该实施例的测试方法同实施例1,经循环伏安测试可知在0.5A/g的电流密度下比电容量457.1F/g,经过5000次循环后比电容量保持在416.2F/g。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,包括以下具体步骤:
S1、烟草废弃物质的预处理:
选取烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质,洗净,烘干,破碎,获得预处理烟草废物粉末;
S2、配置烟草混合溶液:
将固态氮源和硼源物质加入到足量的去离子水中,搅拌制备成浓度为1~3mol/L的混合溶液,将步骤S1中得到的预处理烟草废物粉末浸入混合溶液,搅拌后浸渍12h,获得烟草混合溶液;
S3、制备氮硼共掺杂生物碳材料:
将所述步骤S2中得到的烟草混合溶液倒入高压反应釜中,密闭后进行加热,加热时长为4~6h,反应结束后进行过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳;
S4、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料:
将步骤S3中得到的氮硼共掺杂生物碳和纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min,之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中,在惰性气体氛围下,对反应物进行活化,活化后在惰性气体气氛下自然冷却至室温,得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳;
将未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入酸溶液进行煮洗,取出后用去离子水洗涤至中性,得到烟草基氮硼掺杂多孔碳;
S5、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料:
将锌盐溶解在去离子水中制备锌盐溶液,将步骤S4中得到的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后,在锌盐溶液中进行超声分散,对混合溶液进行加热处理之后,将浓碱溶液喷淋进混合溶液的同时对其进行搅拌,待溶液的pH值达到7~8时停止加热和搅拌,对产物进行过滤洗涤干燥后,得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S1中,烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质生长时长在120天以上。
3.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S2中,所用的氮源为季氨碱,所用的硼源为硼氢化钾,季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1~1:2,预处理烟草废物粉末与季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1~1:1.5。
4.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S3中,加热温度为150~190℃。
5.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S4中,氮硼共掺杂生物碳与纳米碳酸钙的质量比为1:1~1:3。
6.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S4中,管式炉的升温速率为10℃/min,活化温度为500~700℃,活化时间1~2h。
7.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S4中,酸溶液为0.5mol/L的稀盐酸溶液,煮洗时间为2~4h。
8.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法,其特征在于,在所述步骤S5中,锌盐为氯化锌,浓碱溶液为氢氧化钾溶液,其中碳、锌、钾元素的摩尔比为1:1:2。
CN202111461382.4A 2021-12-02 2021-12-02 一种烟草废物高价值转化再利用的方法 Active CN114149023B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111461382.4A CN114149023B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种烟草废物高价值转化再利用的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111461382.4A CN114149023B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种烟草废物高价值转化再利用的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114149023A true CN114149023A (zh) 2022-03-08
CN114149023B CN114149023B (zh) 2024-01-26

Family

ID=80455923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111461382.4A Active CN114149023B (zh) 2021-12-02 2021-12-02 一种烟草废物高价值转化再利用的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114149023B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114804100A (zh) * 2022-05-13 2022-07-29 中南大学 一种具有超高比表面积多孔碳及其制备方法
CN115497749A (zh) * 2022-09-30 2022-12-20 华南理工大学 一种烟梗基多孔炭材料及其制备方法与在超级电容器中的应用

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102311113A (zh) * 2011-06-17 2012-01-11 深圳市今朝时代新能源技术有限公司 用于超级电容器电极的烟杆基多孔炭材料及制备方法
KR20130101664A (ko) * 2012-02-28 2013-09-16 한국세라믹기술원 슈퍼커패시터 전극 및 그 제조방법
CN103539114A (zh) * 2013-10-30 2014-01-29 中国第一汽车股份有限公司 一种超级电容器用活性炭预处理制备方法
CN104201349A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 东南大学 一种具有多孔结构的硒碳电极材料的制备方法及其应用
CN104600277A (zh) * 2015-02-11 2015-05-06 武汉大学 一种掺杂锌和钴的氢氧化镍/碳纳米复合材料及其制备方法和应用
CN105080498A (zh) * 2014-05-21 2015-11-25 江苏瑞丰科技实业有限公司 多功能高效一体式空气污染处理材料
CN105845948A (zh) * 2016-04-07 2016-08-10 河南师范大学 一种花状铜/氧化铜微纳米复合材料负载贵金属燃料电池催化剂的制备方法
CN106115652A (zh) * 2016-04-14 2016-11-16 湘潭大学 一种b(或p),n 共掺杂紫苏叶多孔碳及其制备方法
CN109251031A (zh) * 2018-11-23 2019-01-22 福建农林大学 一种微波辅助水热制备用于超级电容器的硼氮共掺杂多孔炭材料的方法
CN111115629A (zh) * 2019-12-27 2020-05-08 暨南大学 一种基于废弃烟杆的高比表面积碳材料及其制备方法与应用
CN111137886A (zh) * 2019-11-19 2020-05-12 南京工程学院 一种水生植物制备电极材料的方法
CN112295543A (zh) * 2020-10-20 2021-02-02 常州大学 一种具有高效重金属吸附性能生物炭的制备方法及其应用
CN112520721A (zh) * 2020-12-01 2021-03-19 桐乡市昇盛智能设备科技有限公司 一种Sn4P3-N掺杂多孔碳的负极材料的制备方法
CN113603088A (zh) * 2021-07-02 2021-11-05 四川大学 一种高比表活性炭、超级电容电极及其制备方法
CN113716562A (zh) * 2020-10-30 2021-11-30 湖北民族大学 一种熔盐处理烟草废弃物制备多孔碳材料的方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102311113A (zh) * 2011-06-17 2012-01-11 深圳市今朝时代新能源技术有限公司 用于超级电容器电极的烟杆基多孔炭材料及制备方法
KR20130101664A (ko) * 2012-02-28 2013-09-16 한국세라믹기술원 슈퍼커패시터 전극 및 그 제조방법
CN103539114A (zh) * 2013-10-30 2014-01-29 中国第一汽车股份有限公司 一种超级电容器用活性炭预处理制备方法
CN105080498A (zh) * 2014-05-21 2015-11-25 江苏瑞丰科技实业有限公司 多功能高效一体式空气污染处理材料
CN104201349A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 东南大学 一种具有多孔结构的硒碳电极材料的制备方法及其应用
CN104600277A (zh) * 2015-02-11 2015-05-06 武汉大学 一种掺杂锌和钴的氢氧化镍/碳纳米复合材料及其制备方法和应用
CN105845948A (zh) * 2016-04-07 2016-08-10 河南师范大学 一种花状铜/氧化铜微纳米复合材料负载贵金属燃料电池催化剂的制备方法
CN106115652A (zh) * 2016-04-14 2016-11-16 湘潭大学 一种b(或p),n 共掺杂紫苏叶多孔碳及其制备方法
CN109251031A (zh) * 2018-11-23 2019-01-22 福建农林大学 一种微波辅助水热制备用于超级电容器的硼氮共掺杂多孔炭材料的方法
CN111137886A (zh) * 2019-11-19 2020-05-12 南京工程学院 一种水生植物制备电极材料的方法
CN111115629A (zh) * 2019-12-27 2020-05-08 暨南大学 一种基于废弃烟杆的高比表面积碳材料及其制备方法与应用
CN112295543A (zh) * 2020-10-20 2021-02-02 常州大学 一种具有高效重金属吸附性能生物炭的制备方法及其应用
CN113716562A (zh) * 2020-10-30 2021-11-30 湖北民族大学 一种熔盐处理烟草废弃物制备多孔碳材料的方法
CN112520721A (zh) * 2020-12-01 2021-03-19 桐乡市昇盛智能设备科技有限公司 一种Sn4P3-N掺杂多孔碳的负极材料的制备方法
CN113603088A (zh) * 2021-07-02 2021-11-05 四川大学 一种高比表活性炭、超级电容电极及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王靖宜: "生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能", 《化工进展》, pages 3838 - 3848 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114804100A (zh) * 2022-05-13 2022-07-29 中南大学 一种具有超高比表面积多孔碳及其制备方法
CN114804100B (zh) * 2022-05-13 2023-10-27 中南大学 一种具有超高比表面积多孔碳及其制备方法
CN115497749A (zh) * 2022-09-30 2022-12-20 华南理工大学 一种烟梗基多孔炭材料及其制备方法与在超级电容器中的应用
CN115497749B (zh) * 2022-09-30 2023-11-17 华南理工大学 一种烟梗基多孔炭材料及其制备方法与在超级电容器中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114149023B (zh) 2024-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108346522B (zh) 一种四氧化三钴分级结构纳米阵列材料、制备方法及其应用
CN108483442B (zh) 一种高介孔率氮掺杂炭电极材料的制备方法
JP6735304B2 (ja) 水電解式酸素発生用のセレン化コバルト/チタンメッシュ電極、その製造方法及びその応用
CN108325539B (zh) 一种棒状自组装成花球状的钒修饰的Ni3S2电催化剂的合成方法
Qian et al. Recent development in the synthesis of agricultural and forestry biomass-derived porous carbons for supercapacitor applications: a review
CN108010747B (zh) 一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法
CN109133030A (zh) 一种氮掺杂多孔碳材料的制备方法及其应用
CN114149023B (zh) 一种烟草废物高价值转化再利用的方法
CN109136977B (zh) NiFe-LDH析氧电催化材料的制备方法及应用
CN110838411B (zh) 一种碳布负载层状六方相三氧化钨超级电容器电极材料及其制备方法
CN110767466A (zh) 一种超级电容器电极材料Ni掺杂CoP3/泡沫镍的制备方法
CN109767927A (zh) 一种超级电容器用高性能氮掺杂生物质多孔碳的制备方法
CN106099089A (zh) 一种钠离子电池负极材料用生物碳的制备方法
CN110306204B (zh) 一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料及其制备方法与应用
CN105632790A (zh) 一种MnO2纳米阵列超级电容器电极材料及其制备方法
CN110668441A (zh) 一种基于农作物块茎的多孔炭材料及其制备方法和应用
CN112927954A (zh) 一种基于真菌法构筑木材孔隙结构制备碳电极材料的方法
CN112079352B (zh) 一种生物质基多孔氮掺杂碳材料的制备方法及应用
CN113668008B (zh) 一种二硫化钼/钴碳纳米管电催化剂及其制备方法和应用
CN111847451A (zh) 一种生物质多孔碳纳米泡沫、制备方法及其应用
CN111968863B (zh) 一种稀土复合生物质基电容炭材料的制备方法
CN112928288A (zh) 一种mof衍生的钴镍多孔碳复合材料电催化电极的制备方法
CN111996543A (zh) 一种钒掺杂的硒化镍异质结自支撑电极及其制备方法和应用
CN112357901A (zh) 一种氮硫共掺杂微介孔碳球/片材料的制备方法及其产品和应用
CN106158394A (zh) 一种泡沫镍基超级电容器电极材料的制备方法

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