CN114291853B - 生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法 - Google Patents
生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114291853B CN114291853B CN202111514539.5A CN202111514539A CN114291853B CN 114291853 B CN114291853 B CN 114291853B CN 202111514539 A CN202111514539 A CN 202111514539A CN 114291853 B CN114291853 B CN 114291853B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- deionized water
- drying
- composite material
- carbide
- washing
- 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.)
- Active
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 241000235342 Saccharomycetes Species 0.000 claims abstract description 43
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 33
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 claims abstract description 31
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 14
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 13
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 42
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 14
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 abstract 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，具体为：首先，将葡萄糖分散到去离子水中，加入干酵母，静置，之后洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，洗涤、过滤、干燥，得到酵母菌粉末，加入戊二醛进行水热反应，洗涤，干燥，碳化，再加入KOH溶液中，超声分散，干燥，进行二次碳化，然后将二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水混合，进行水热反应，洗涤，过滤，碳化，即可得到生物质碳/CoNiO2复合材料。利用生物质碳的生物质结构，降低界面的阻抗匹配，从而使电磁波更好的进入到复合材料内部；且对电磁波进行多次反射和散射，从而提高复合材料的电磁屏蔽性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法。
背景技术
金属作为早期的电磁屏蔽材料，因密度大、易腐蚀和成本高等缺点影响了应用。将金属作为填料加入复合材料中，可以在利用金属的良导电性的同时减少金属本身质量和易腐蚀性的影响，还可以增大金属材料的比表面积。近年来，生物质基材料被大量研究。生物质是继石油、煤碳以及天然气之后的第四大能源，包括所有的动植物和微生物。已经在催化、吸附、超级电容器以及电池燃料等领域被大量应用。生物质来源丰富且可再生。生物质基碳源具有丰富的孔道结构和化学稳定性好等特点。酵母菌是一种兼性厌氧菌，可以葡萄糖为养分，易于培养并且繁殖迅速。以酵母菌碳源作为三维导电网络的骨架，负载Ni、Co，制备源于酵母菌的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料，获得低成本、质轻且稳定性好的电磁屏蔽材料。
发明内容
本发明的目的在于提供生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，解决了现有生物质材料电磁屏蔽性差的问题。
本发明所采用的技术方案是，生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将葡萄糖分散到去离子水中，搅拌，得到葡萄糖水溶液，向葡萄糖水溶液中加入干酵母，在室温下静置24h至表面无气泡产生，得到酵母菌溶液；
步骤2、用去离子水和丙醇依次洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，得到固体物质，之后采用丙酮洗涤固体物质一次，再采用去离子水洗涤固体物质两次，过滤，干燥，得到酵母菌粉末；
步骤3、将酵母菌粉末加入戊二醛溶液中，搅拌均匀后加入高压反应釜中进行水热反应，洗涤，干燥；
步骤4、将步骤3得到的样品放置于管式炉中进行碳化，得到碳化物；
步骤5、将碳化物加入KOH溶液中，超声分散，干燥，然后放置管式炉中进行二次碳化，得到二次碳化物；
步骤6、将二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水进行混合，加入高压反应釜中进行水热反应，在用去离子水进行洗涤，过滤，干燥；
步骤7、将步骤6得到的样品放置于管式炉中进行碳化，即可得到生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料。
本发明的特点还在于，
步骤1中，静置过程中每隔1-2h去除表面气泡，然后搅拌1-2min，重复进行静置-去泡-搅拌数次；葡萄糖、干酵母和去离子水的质量比为2-5：10：375。
步骤3中，酵母菌粉末、戊二醛溶液和去离子水的质量比为7-9：8：100；水热反应温度为180℃，水热反应时间8-10h；干燥温度为80℃。
步骤4中，碳化条件具体为：在空气氛围下，以5℃/min的速率升温至280-300℃，保温6-8h，然后在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至750-800℃，保温8-10h，最后以10℃/min的速率降至室温。
步骤5中，碳化物、KOH溶液和去离子水的质量比为1：3-5：100；超声时间为2h，干燥温度为105℃；KOH溶液的质量浓度为40g/L。
步骤5中，二次碳化条件具体为：在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至550-600℃，保温2-3h，以10℃/min的速率降至室温。
步骤6中，二次碳化物、硝酸镍、硝酸钴、NH4F、尿素和去离子水的质量比为1-2：2.476：2.436：0.28：1.2：50；水热反应温度为100-110℃，水热反应时间为6-8h。
步骤7中，碳化条件具体为：在氮气氛围下，以3℃/min的速率升温至325-340℃，保温1.5-3h，最后以5℃/min的速率降至室温。
本发明的有益效果是：本发明方法中，利用生物质原料-酵母菌为碳源，利用葡萄糖培养酵母菌，再进行碳化制备生物质碳。随后利用KOH对生物质碳进行活化，获得高比表面积活性碳，进一步提高碳源的表面粗糙度，增加材料的阻抗匹配。负载Ni、Co并进一步碳化，形成导电网络，增强复合材料的导电性和导磁性。复合材料的导电性和导磁性对电磁波进行电损耗和磁损耗，增加其电磁屏蔽性能。同时，利用生物质碳的生物质结构，降低界面的阻抗匹配，从而使电磁波更好的进入到复合材料内部；利用内部生物质结构，对电磁波进行多次反射和散射，从而提高复合材料的电磁屏蔽性能。该方法原料可再生，来源广泛，制备工艺简单，操作快捷，生产成本低，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明方法中的酵母碳材料的SEM图；
图2为实施例1制备得到的活化酵母碳材料的SEM图；
图3为实施例1制备得到的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料低倍率SEM图；
图4为实施例1制备得到的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的高倍率SEM图；
图5为本发明制备得到的酵母碳材料、活化酵母碳材料、10％、20％、30％的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料/石蜡混合材料的反射损耗图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细说明。
本发明源于酵母菌的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将葡萄糖分散到去离子水中，搅拌，得到葡萄糖水溶液，向葡萄糖水溶液中加入干酵母，在室温下静置24h至表面无气泡产生，静置过程中每隔1-2h去除表面气泡，然后搅拌1-2min，重复进行静置-去泡-搅拌数次，得到酵母菌溶液；
葡萄糖、干酵母和去离子水的质量比为2-5：10：375；
步骤2、用去离子水和丙醇依次洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，得到固体物质，之后采用丙酮洗涤固体物质一次，再采用去离子水洗涤固体物质两次，过滤，干燥，得到酵母菌粉末；
步骤3、将酵母菌粉末加入戊二醛溶液中，搅拌均匀后加入高压反应釜中进行水热反应，洗涤，干燥；
酵母菌粉末、戊二醛溶液和去离子水的质量比为7-9：8：100；
水热反应温度为180℃，水热反应时间8-10h；干燥温度为80℃；
步骤4、将步骤3得到的样品放置于管式炉中进行碳化，得到碳化物；
碳化条件具体为：在空气氛围下，以5℃/min的速率升温至280-300℃，保温6-8h，然后在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至750-800℃，保温8-10h，最后以10℃/min的速率降至室温；
步骤5、将步骤4得到的碳化物加入KOH溶液中，超声分散，干燥，然后放置管式炉中进行二次碳化，得到二次碳化物；
碳化物、KOH溶液和去离子水的质量比为1：3-5：100；
超声时间为2h，干燥温度为105℃；
KOH溶液的质量浓度为40g/L；
二次碳化条件具体为：在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至550-600℃，保温2-3h，以10℃/min的速率降至室温；
步骤6、将步骤5得到的二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水进行混合，加入高压反应釜中进行水热反应，在用去离子水进行洗涤，过滤，干燥；
二次碳化物、硝酸镍、硝酸钴、NH4F、尿素和去离子水的质量比为1-2：2.476：2.436：0.28：1.2：50；
水热反应温度为100-110℃，水热反应时间为6-8h；
步骤7、将步骤6得到的样品放置于管式炉中进行碳化，即可得到生物质碳/CoNiO2复合材料；
碳化条件具体为：在氮气氛围下，以3℃/min的速率升温至325-340℃，保温1.5-3h，最后以5℃/min的速率降至室温。
实施例1
本发明源于酵母菌的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将葡萄糖分散到去离子水中，搅拌，得到葡萄糖水溶液，向葡萄糖水溶液中加入干酵母，在室温下静置24h至表面无气泡产生，静置过程中每隔1h去除表面气泡，然后搅拌1min，重复进行静置-去泡-搅拌数次，得到酵母菌溶液；
葡萄糖、干酵母和去离子水的质量比为3：10：375；
步骤2、用去离子水和丙醇依次洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，得到固体物质，之后采用丙酮洗涤固体物质一次，再采用去离子水洗涤固体物质两次，过滤，干燥，得到酵母菌粉末；
步骤3、将酵母菌粉末加入戊二醛溶液中，搅拌均匀后加入高压反应釜中进行水热反应，洗涤，干燥；
酵母菌粉末、戊二醛溶液和去离子水的质量比为7：8：100；
水热反应温度为180℃，水热反应时间8h；干燥温度为80℃；
步骤4、将步骤3得到的样品放置于管式炉中进行碳化，得到碳化物；
碳化条件具体为：在空气氛围下，以5℃/min的速率升温至300℃，保温6h，然后在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至800℃，保温8h，最后以10℃/min的速率降至室温；
步骤5、将步骤4得到的碳化物加入KOH溶液中，超声分散，干燥，然后放置管式炉中进行二次碳化，得到二次碳化物，即为活化酵母碳材料；
碳化物、KOH溶液和去离子水的质量比为1：4：100；
超声时间为2h，干燥温度为105℃；
KOH溶液的质量浓度为40g/L；
二次碳化条件具体为：在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至600℃，保温2h，以10℃/min的速率降至室温；
步骤6、将步骤5得到的二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水进行混合，加入高压反应釜中进行水热反应，在用去离子水进行洗涤，过滤，干燥；
二次碳化物、硝酸镍、硝酸钴、NH4F、尿素和去离子水的质量比为1：2.476：2.436：0.28：1.2：50；
水热反应温度为110℃，水热反应时间为6h；
步骤7、将步骤6得到的样品放置于管式炉中进行碳化，即可得到生物质碳/CoNiO2复合材料；
碳化条件具体为：在氮气氛围下，以3℃/min的速率升温至325℃，保温1.5h，最后以5℃/min的速率降至室温。
实施例2
本发明源于酵母菌的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将葡萄糖分散到去离子水中，搅拌，得到葡萄糖水溶液，向葡萄糖水溶液中加入干酵母，在室温下静置24h至表面无气泡产生，静置过程中每隔2h去除表面气泡，然后搅拌2min，重复进行静置-去泡-搅拌数次，得到酵母菌溶液；
葡萄糖、干酵母和去离子水的质量比为2：10：375；
步骤2、用去离子水和丙醇依次洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，得到固体物质，之后采用丙酮洗涤固体物质一次，再采用去离子水洗涤固体物质两次，过滤，干燥，得到酵母菌粉末；
步骤3、将酵母菌粉末加入戊二醛溶液中，搅拌均匀后加入高压反应釜中进行水热反应，洗涤，干燥；
酵母菌粉末、戊二醛溶液和去离子水的质量比为8：8：100；
水热反应温度为180℃，水热反应时间10h；干燥温度为80℃；
步骤4、将步骤3得到的样品放置于管式炉中进行碳化，得到碳化物；
碳化条件具体为：在空气氛围下，以5℃/min的速率升温至280℃，保温8h，然后在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至750℃，保温8h，最后以10℃/min的速率降至室温；
步骤5、将步骤4得到的碳化物加入KOH溶液中，超声分散，干燥，然后放置管式炉中进行二次碳化，得到二次碳化物；
碳化物、KOH溶液和去离子水的质量比为1：3：100；
超声时间为2h，干燥温度为105℃；
KOH溶液的质量浓度为40g/L；
二次碳化条件具体为：在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至550℃，保温3h，以10℃/min的速率降至室温；
步骤6、将步骤5得到的二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水进行混合，加入高压反应釜中进行水热反应，在用去离子水进行洗涤，过滤，干燥；
二次碳化物、硝酸镍、硝酸钴、NH4F、尿素和去离子水的质量比为1.5：2.476：2.436：0.28：1.2：50；
水热反应温度为100℃，水热反应时间为8h；
步骤7、将步骤6得到的样品放置于管式炉中进行碳化，即可得到生物质碳/CoNiO2复合材料；
碳化条件具体为：在氮气氛围下，以3℃/min的速率升温至340℃，保温2h，最后以5℃/min的速率降至室温。
实施例3
本发明源于酵母菌的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将葡萄糖分散到去离子水中，搅拌，得到葡萄糖水溶液，向葡萄糖水溶液中加入干酵母，在室温下静置24h至表面无气泡产生，静置过程中每隔1h去除表面气泡，然后搅拌1min，重复进行静置-去泡-搅拌数次，得到酵母菌溶液；
葡萄糖、干酵母和去离子水的质量比为5：10：375；
步骤2、用去离子水和丙醇依次洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，得到固体物质，之后采用丙酮洗涤固体物质一次，再采用去离子水洗涤固体物质两次，过滤，干燥，得到酵母菌粉末；
步骤3、将酵母菌粉末加入戊二醛溶液中，搅拌均匀后加入高压反应釜中进行水热反应，洗涤，干燥；
酵母菌粉末、戊二醛溶液和去离子水的质量比为9：8：100；
水热反应温度为180℃，水热反应时间10h；干燥温度为80℃；
步骤4、将步骤3得到的样品放置于管式炉中进行碳化，得到碳化物；
碳化条件具体为：在空气氛围下，以5℃/min的速率升温至300℃，保温7h，然后在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至750-800℃，保温9h，最后以10℃/min的速率降至室温；
步骤5、将步骤4得到的碳化物加入KOH溶液中，超声分散，干燥，然后放置管式炉中进行二次碳化，得到二次碳化物；
碳化物、KOH溶液和去离子水的质量比为1：5：100；
超声时间为2h，干燥温度为105℃；
KOH溶液的质量浓度为40g/L；
二次碳化条件具体为：在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至580℃，保温3h，以10℃/min的速率降至室温；
步骤6、将步骤5得到的二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水进行混合，加入高压反应釜中进行水热反应，在用去离子水进行洗涤，过滤，干燥；
二次碳化物、硝酸镍、硝酸钴、NH4F、尿素和去离子水的质量比为2：2.476：2.436：0.28：1.2：50；
水热反应温度为100℃，水热反应时间为6h；
步骤7、将步骤6得到的样品放置于管式炉中进行碳化，即可得到生物质碳/CoNiO2复合材料；
碳化条件具体为：在氮气氛围下，以3℃/min的速率升温至330℃，保温2.5h，最后以5℃/min的速率降至室温。
图1为酵母碳材料的SEM图，可以看出酵母碳材料为光滑碳球，尺寸变化范围较大。如图2所示，从活化酵母碳材料的SEM图像可以看出，相比光滑的酵母碳表面，经过活化的酵母碳表面粗糙程度大大增加，比表面积大大增加，且有利于材料的吸附和负载。
图3和图4分别是生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料低倍率SEM图和高倍率图，可以看出，活化酵母碳表面均匀吸附了大量的纳米草状CoNiO2，纳米草状磁性颗粒进一步增加了材料的比表面积，并为复合材料增添了磁性能，丰富了复合材料对电磁波的损耗方式，使复合材料实现了电磁平衡。
图5是酵母碳材料、活化酵母碳材料、10％、20％、30％的生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料/石蜡混合物的反射损耗随频率的变化。酵母碳和活化酵母碳材料的吸波能力都较差。进行了负载的活化酵母具有很强的电磁波吸收能力，主要是因为粗糙结构增加了电磁波的传输路径，减少了反射，又因为磁性CoNiO2的负载，复合材料的比表面积进一步增大，电磁传输路径增加。又因为磁性组分的增加，增加了共振和磁滞损耗，实现了电磁平衡，电磁波不断的被吸收，最终转化为热能散失。
本发明一种源于酵母菌的生物质碳/CoNiO2复合材料对入射电磁波的屏蔽机理是，当电磁波撞击到样品表面时，材料表面粗糙结构将大部分电磁波吸收，很少的电磁波被反射。电磁波进入材料内部，内部生物质结构进一步对电磁波进行反射和散射。同时，负载的Ni、Co具有高导电性和高导磁性，能够产生导电损耗和磁损耗。电磁波在相互连接的生物质导电网络内部被多重反射和散射，进一步被削弱，直至它们被完全吸收并以热能的形式消散。生物质无定形碳具有更多的活性位点和界面，极大的延长了入射电磁波的传播路径，提高了电磁干扰屏蔽性能。
本发明通过简单的方法制备了具有丰富电磁损耗机制的复合材料，同时提高其阻抗匹配。这种独特的负载碳壳结构设计，使电磁波更容易进入复合材料的内部的同时，还增加了电磁波的传播路径从而提高复合材料吸波性能。
本发明的生物质碳/CoNiO2复合材料的制备方法，以源于酵母菌的生物质碳骨架为基体，通过活化和负载，成功制备了负载了Ni、Co的生物质碳复合材料，得益于这种独特的三维导电网络，源于酵母菌的生物质碳/CoNiO2复合材料具有高导电率和优异的电磁干扰屏蔽效能。同时，源于酵母菌的生物质碳来源广泛，成本低廉，绿色环保可再生。鉴于源于酵母菌的生物质碳/CoNiO2复合材料突出的综合性能，本发明为生物质碳源复合材料提供了一种简单、可扩展的高效电磁干扰屏蔽复合材料的制备方法。
Claims (1)
1.生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将葡萄糖分散到去离子水中，搅拌，得到葡萄糖水溶液，向葡萄糖水溶液中加入干酵母，在室温下静置24h至表面无气泡产生，得到酵母菌溶液；
静置过程中每隔1-2h去除表面气泡，然后搅拌1-2min，重复进行静置-去泡-搅拌数次；葡萄糖、干酵母和去离子水的质量比为2-5：10：375；
步骤2、用去离子水和丙醇依次洗涤酵母菌溶液，真空抽滤，得到固体物质，之后采用丙酮洗涤固体物质一次，再采用去离子水洗涤固体物质两次，过滤，干燥，得到酵母菌粉末；
步骤3、将酵母菌粉末加入戊二醛溶液中，搅拌均匀后加入高压反应釜中进行水热反应，洗涤，干燥；
酵母菌粉末、戊二醛溶液和去离子水的质量比为7-9：8：100；水热反应温度为180℃，水热反应时间8-10h；干燥温度为80℃；
步骤4、将步骤3得到的样品放置于管式炉中进行碳化，得到碳化物；
碳化条件具体为：在空气氛围下，以5℃/min的速率升温至280-300℃，保温6-8h，然后在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至750-800℃，保温8-10h，最后以10℃/min的速率降至室温；
步骤5、将碳化物加入KOH溶液中，超声分散，干燥，然后放置管式炉中进行二次碳化，得到二次碳化物；
碳化物、KOH溶液和去离子水的质量比为1：3-5：100；超声时间为2h，干燥温度为105℃；KOH溶液的质量浓度为40g/L；
二次碳化条件具体为：在氮气氛围下，以5℃/min的速率升温至550-600℃，保温2-3h，以10℃/min的速率降至室温；
步骤6、将二次碳化物、硝酸钴、硝酸镍、NH4F、尿素和去离子水进行混合，加入高压反应釜中进行水热反应，在用去离子水进行洗涤，过滤，干燥；
二次碳化物、硝酸镍、硝酸钴、NH4F、尿素和去离子水的质量比为1-2：2.476：2.436：0.28：1.2：50；水热反应温度为100-110℃，水热反应时间为6-8h；
步骤7、将步骤6得到的样品放置于管式炉中进行碳化，即可得到生物质碳/CoNiO2复合材料；
碳化条件具体为：在氮气氛围下，以3℃/min的速率升温至325-340℃，保温1.5-3h，最后以5℃/min的速率降至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111514539.5A CN114291853B (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111514539.5A CN114291853B (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114291853A CN114291853A (zh) | 2022-04-08 |
| CN114291853B true CN114291853B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=80968103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111514539.5A Active CN114291853B (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114291853B (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107403699A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-28 | 中国地质大学（北京） | 电容器材料NiCo2O4/中间相碳微球的制备方法 |
| CN107418512A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-12-01 | 常州道博化工有限公司 | 一种超薄纸基吸波材料的制备方法 |
| CN107644742A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-30 | 合肥工业大学 | 一种基于生物质厌氧干发酵后沼渣活性炭制备超级电容器的方法 |
| CN108439376A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 大连理工大学 | 一种负载磁性纳米粒子的石墨烯气凝胶复合材料的制备方法 |
| CN109233741A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-18 | 天津大学 | 一种三维碳网络负载铁酸钴纳米颗粒复合吸波剂的制备方法 |
| CN109786766A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-21 | 上海理工大学 | 一种多孔碳负载过渡金属氧化物复合材料的制备方法 |
| CN109979760A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-05 | 桂林理工大学 | 一种钴镍氧化物/碳球纳米复合材料的制备方法及其应用 |
| CN110615487A (zh) * | 2019-10-19 | 2019-12-27 | 石河子大学 | 一种CoNiO2纳米花电极材料的制备方法 |
| CN110942924A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-31 | 桂林电子科技大学 | 一种基于酵母细胞的负载Ni-Co-S多孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN111816867A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-23 | 广西壮族自治区分析测试研究中心 | 介孔结构海胆状NiCo2O4/立体构筑石墨烯微球复合材料的制备方法及应用 |
| CN112897570A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-04 | 西安理工大学 | 磁性NiCo2O4包覆ZnO晶须吸波材料的制备方法 |
| CN113292970A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-24 | 湖南飞鸿达新材料有限公司 | 一种电磁吸波导热组合物及其制备方法 |
| CN113321247A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-08-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种有序孔隙木质衍生碳负载钴酸镍吸波材料的制备方法 |
| CN113562778A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-29 | 北京科技大学 | NiCo2O4纳米针阵列/碳泡沫电磁波吸收材料制备方法 |
-
2021
- 2021-12-10 CN CN202111514539.5A patent/CN114291853B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107418512A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-12-01 | 常州道博化工有限公司 | 一种超薄纸基吸波材料的制备方法 |
| CN107403699A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-28 | 中国地质大学（北京） | 电容器材料NiCo2O4/中间相碳微球的制备方法 |
| CN107644742A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-30 | 合肥工业大学 | 一种基于生物质厌氧干发酵后沼渣活性炭制备超级电容器的方法 |
| CN108439376A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-08-24 | 大连理工大学 | 一种负载磁性纳米粒子的石墨烯气凝胶复合材料的制备方法 |
| CN109233741A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-18 | 天津大学 | 一种三维碳网络负载铁酸钴纳米颗粒复合吸波剂的制备方法 |
| CN109786766A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-21 | 上海理工大学 | 一种多孔碳负载过渡金属氧化物复合材料的制备方法 |
| CN109979760A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-05 | 桂林理工大学 | 一种钴镍氧化物/碳球纳米复合材料的制备方法及其应用 |
| CN110615487A (zh) * | 2019-10-19 | 2019-12-27 | 石河子大学 | 一种CoNiO2纳米花电极材料的制备方法 |
| CN110942924A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-31 | 桂林电子科技大学 | 一种基于酵母细胞的负载Ni-Co-S多孔碳材料及其制备方法和应用 |
| CN111816867A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-10-23 | 广西壮族自治区分析测试研究中心 | 介孔结构海胆状NiCo2O4/立体构筑石墨烯微球复合材料的制备方法及应用 |
| CN112897570A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-04 | 西安理工大学 | 磁性NiCo2O4包覆ZnO晶须吸波材料的制备方法 |
| CN113292970A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-08-24 | 湖南飞鸿达新材料有限公司 | 一种电磁吸波导热组合物及其制备方法 |
| CN113321247A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-08-31 | 哈尔滨工业大学 | 一种有序孔隙木质衍生碳负载钴酸镍吸波材料的制备方法 |
| CN113562778A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-10-29 | 北京科技大学 | NiCo2O4纳米针阵列/碳泡沫电磁波吸收材料制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Starfish-like C/CoNiO2 heterostructure derived from ZIF-67 with tunable microwave absorption properties;Sajid ur Rehman et al.;Chemical Engineering Journal;第373卷;第123页最后2段、第124页倒数第2段和第129页第2-3段 * |
| Tailoring high-electroconductivity carbon cloth coated by nickel cobaltate/nickel oxide: A case of transition from microwave shielding to absorption;Hongsheng Liang et al.;Carbon;第183卷;第138-149页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114291853A (zh) | 2022-04-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Biomass-derived porous graphitic carbon materials for energy and environmental applications | |
| Li et al. | The synthesis and performance analysis of various biomass‐based carbon materials for electric double‐layer capacitors: a review | |
| CN105948036B (zh) | 一种葛根基互联层次孔径结构多孔活性炭材料的制备方法及其应用 | |
| CN106276893B (zh) | 一种氮掺杂葛根基介孔活性炭的制备方法及其应用 | |
| CN107572626B (zh) | 一种兼具亲水性和自漂浮性能的黑色复合材料及制备方法和应用 | |
| CN109767927B (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 | |
| 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 | |
| CN110482526B (zh) | 一种以鸡蛋清为前驱体的生物质多孔碳电磁吸波材料的制备方法 | |
| CN112265990A (zh) | 一种糠醛渣多孔活性炭材料的制备方法及其应用 | |
| CN110942924A (zh) | 一种基于酵母细胞的负载Ni-Co-S多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN111943162B (zh) | 一种微藻生物基氮掺杂碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN111333068A (zh) | 基于坚果壳的生物质多孔碳材料的制备方法及其应用 | |
| CN112194132B (zh) | 一种基于毛竹水热炭化的铁修饰炭微球/炭纳米片复合多孔炭的制备方法及其应用 | |
| CN113299484A (zh) | CCO/CoNiMn-LDH复合材料的制备方法及其应用于超级电容器 | |
| Cui et al. | NiFe2O4/Ni3Fe nanoparticles Decorate wood carbon strategies for efficient electromagnetic absorption | |
| CN114291853B (zh) | 生物质碳/纳米草状CoNiO2复合材料的制备方法 | |
| Wang et al. | Fermentation-hot pressing assisted preparation of bamboo green-activated carbon for supercapacitors | |
| Chen et al. | Recent Advances in Biomass Waste Derived Carbon Materials for Supercapacitors: A Review | |
| Tian et al. | Working Mechanisms and Structure Engineering of Renewable Biomass‐Derived Materials for Advanced Lithium‐Sulfur Batteries: A Review | |
| CN111146013A (zh) | 一种基于苎麻的空心微管电极材料及其合成方法与应用 | |
| Xie et al. | Study on preparation of nitrogen-doped hierarchically porous and high-performance carbon materials from seaweed biomass | |
| CN107233888A (zh) | 生物质制备燃气多功能催化剂及制备方法 | |
| CN112736234B (zh) | 一种基于生物质/碳纳米管复合修饰钛酸锂的新型锂离子电池负极材料及其应用 | |
| CN111908443A (zh) | 一种自掺杂多孔碳的制备方法 | |
| CN113912139A (zh) | 一种生物质碳制备的高效电磁吸波材料及其制备方法 |
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 |