CN114477176A - 基于苹果衍生的活性碳材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于苹果衍生的活性碳材料及其制备方法，属于环保材料技术领域。其制备方法如下：将苹果切片为原材料，将氯化锌加入乙醇中搅拌至溶解，将苹果浸泡其中一段时间后烘干。将烘干后的材料置于刚玉管中，升温后恒温一段时间，以同样速率降至室温，再用乙醇和蒸馏水冲洗，再烘至干燥即可。其材料为制备方法所制得。该制备方法成本低、产率高、简单易行、反应后处理方便、原料来源充足，适合大规模产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于苹果衍生的活性碳材料及其制备方法，属于环保材料技术领域。
背景技术
如今全球科技不断发展,人们对于生活品质及环境要求日益增高,能源短缺和环境恶化日益凸显，寻求可再生的清洁能源成为了人们关注的重点。但是，大多数的可再生资源，如风能、潮汐能、水能和热能等都不同程度受限于地域或环境条件，不稳定的能量输出使其不能完全替代化石资源。一种绿色稳定、应用范围广的可再生能源成为了一大难题。
生物质能源具有可再生性，低污染性和广泛分布性，是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
苹果属是蔷薇科中经济价值较高的一属植物，广泛分布于北温带地区，在我国以东北、华北和西北地区较为普遍。中国是亚洲地区主要苹果供应国，以物美价廉的特点，广泛出口至东南亚、南亚地区，对美洲和欧洲也有出口贸易。
能在酸性体系下使用的电催化电极较少,主要应用的是贵金属类催化剂如铂（Pt）电极等,由于铂等贵金属资源短缺价格高,无法应用于大规模生产。因此亟待开发具有高催化性能、可大量生产、价格便宜的电催化电极材料。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于苹果衍生的活性碳材料及其制备方法，苹果作为常见水果，使得该制备方法成本低，简单易行，原料来源充足，适合大规模产业化生产。反应后处理方便，用乙醇和水洗即可。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于苹果衍生的活性碳材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：向氯化锌中加入100%的无水乙醇，搅拌均匀并溶解后得到溶液a；
步骤2：挑选无霉变或黑斑、无病虫害、无腐烂、无机械伤的苹果，将苹果进行切片，浸泡于步骤1得到的溶液a中，保证所放苹果切片间不相互贴合，充分浸泡2~6h后取出，在40~80℃下烘干；
步骤3：将步骤2中烘干的苹果切片置于刚玉管中，预通氮气25~50 min以排尽管内空气，对苹果切片进行碳化反应，升温至720~730℃，再恒温2~4小时；
步骤4：以步骤3中升温相同的速率降至室温，再用乙醇和蒸馏水冲洗，然后在蒸馏水中浸泡测试其pH值，待pH呈中性后取出，再用乙醇和蒸馏水冲洗后，置于40~80℃干燥至含水量15%以下。
进一步的，所述步骤1中按料液比1:14~2:7g/ml向氯化锌中加入100%的无水乙醇。
进一步的，所述步骤3中刚玉管为管式，设置为5℃/min的升温速率。
进一步的，所述步骤2中挑选苹果后将苹果果核与果肉分开，再进行切片，并在步骤3~步骤4中将果核切片与果肉切片分开处理。
进一步的，所述步骤2中苹果切片以3:1~2.5:1的料液比加入溶液a中。
一种基于苹果衍生的活性碳材料，其由权利要求1~5所述的任意方法所得。
有益效果：与现有技术相比，这是一种新式的基于苹果衍生的活性碳材料及其制备方法，本发明具有以下优点：本发明中，活性碳材料具有稳定、对环境友好、无二次污染的优点，是理想的绿色催化剂。制得的活性碳材料具有多级孔结构，其间均匀分布有大量的微孔和介孔，表现出优异的电化学储能性能，是良好的电极材料，有广阔的应用前景。该制备方法成本低、产率高、简单易行、反应后处理方便、原料来源充足，适合大规模产业化生产。
附图说明
图1是本发明的实施例的制备方法流程图；
图2是本发明的实施例的吸光度图；
图3是本发明的实施例的不同时刻产双氧水浓度图；
图4是本发明的实施例的降解30ppm的SMX降解效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，一种基于苹果衍生的活性碳材料及其制备方法，实施例制备步骤如下：
（1）将10g氯化锌加入70mL乙醇中搅拌至溶解；
（2）将苹果切片浸泡在（1）所得溶液中4h，再在60℃下烘干；
（3）将烘干后的材料置于刚玉管中，用管式炉以5℃/min的升温速率，升温至725℃，恒温2h；
（4）继续以同样速率降至室温，用乙醇和蒸馏水冲洗，置于60℃下烘至干燥。得到本发明的活性碳材料。
将本发明制备的材料作为阴极，为验证其稳定性与高效性，特采用如下实验方法对其进行验证。
1.产双氧水实验：
将100mL超纯水置于电解池中并添加0.05mol/L硫酸钠作为电解质，以制得的电极板为阴极，铂片电极为阳极，饱和氯化银电极为参比电极，在外加-0.6v电压和pH=3条件下进行电解实验。然后，通过每15min取一次样，取样体积为4mL，进行显色反应，显色反应步骤如下：分别取已配置好的双氧水标准溶液（100mg/L）已用高锰酸钾法标定，取0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2mL于哈希管中，分别加入0.5ml的3.0mol/L硫酸溶液和 0.05mol/L草酸钛钾溶液，再加入适量纯水至5ml。放置10min。
然后在410nm波长下，以试剂空白作参比，测定得到如下表1所示的实验样品吸光度数据和如图2所示的标曲图：
表1
再通过计算，得到如图3所示的样品的双氧水浓度。
2.降解实验：
将100mL浓度为30mg/L的磺胺甲恶唑溶液置于电解池中并添加0.05mol/L硫酸钠作为电解质，以制得的材料作为阴极，铂片电极为阳极，饱和氯化银电极为参比电极，在外加-0.6v电压条件下降解磺胺甲恶唑，每15min取一次样，反应1h后通过高效液相色谱（HighPerformance Liquid Chromatography，HPLC）检测SMX的浓度，得到如图4所示的苹果切片碳材料降解30ppm的SMX降解效果图。
由此可见，本发明所得的活性碳材料可以作为阴极使用进行电催化得到过氧化氢，且对SMX有较优异的降解效果，是良好的电极材料。
Claims (6)
1.一种基于苹果衍生的活性碳材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：向氯化锌中加入100%的无水乙醇，搅拌均匀并溶解后得到溶液a；
步骤2：挑选无霉变或黑斑、无病虫害、无腐烂、无机械伤的苹果，将苹果进行切片，浸泡于步骤1得到的溶液a中，保证所放苹果切片间不相互贴合，充分浸泡2~6h后取出，在40~80℃下烘干；
步骤3：将步骤2中烘干的苹果切片置于刚玉管中，预通氮气25~50 min以排尽管内空气，对苹果切片进行碳化反应，升温至720~730℃，再恒温2~4小时；
步骤4：以步骤3中升温相同的速率降至室温，再用乙醇和蒸馏水冲洗，然后在蒸馏水中浸泡测试其pH值，待pH呈中性后取出，再用乙醇和蒸馏水冲洗后，置于40~80℃干燥至含水量15%以下。
2.根据权利要求1所述的基于苹果衍生的活性碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中按料液比1:14~2:7g/ml向氯化锌中加入100%的无水乙醇。
3.根据权利要求1所述的基于苹果衍生的活性碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中刚玉管为管式，设置为5℃/min的升温速率。
4.根据权利要求1所述的基于苹果衍生的活性碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中挑选苹果后将苹果果核与果肉分开，再进行切片，并在步骤3~步骤4中将果核切片与果肉切片分开处理。
5.根据权利要求1所述的基于苹果衍生的活性碳材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中苹果切片以3:1~2.5:1的料液比加入溶液a中。
6.一种基于苹果衍生的活性碳材料，其特征在于：其由权利要求1~5所述的任意方法所得。
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