CN115642834B - 基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料及其制备方法，制备方法包括：(1)将生物质原料进行碳化处理，洗净并干燥，得到碳化生物质材料；(2)取步骤(1)处理后的碳化生物质材料、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，超声分散；(3)将步骤(2)处理后的液体进行油浴浓缩后涂于平板，并进行退火处理，退火完成后在平板两端缠绕电极；(4)将步骤(3)处理后的装置一端放于水中，通过水蒸发过程得到所述水蒸发诱导发电材料。本发明的制备方法制备工艺简单，易于操作，适于工业化生产。本发明所制备的水蒸发诱导发电材料具有优良的亲水性能，可以将环境中的部分热能转化为电能，是一种创新的能源转换方式。
Description
技术领域
本发明属于新型发电技术领域，具体涉及一种基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料及其制备方法。
背景技术
目前，煤矿、石油和天然气等不可再生资源在市场消费中仍占据主导地位，这不仅造成了一系列环境问题，与“可持续发展”的初衷也是相违背的。为了缓解温室效应和缓解不可再生能源的过度消耗，寻找可持续、绿色的能源是有效的解决途径之一。除了水力、风力等被开发且已投入企业供电和居民用电的传统绿色能源外，还需要寻找更多的新型能源或者能源转换方式。其中，利用低品位热和水蒸发收集电能得到了众多科研工作者的广泛关注。
水蒸发诱导发电的基本机制是，具有亲水功能组的材料(例如，-OH，-COOH和-SO3H)吸收水分子，材料中水分子电离，释放出大量正离子或负带电离子，与材料本身的电荷在库仑力的作用下发生“同性相斥，异性相吸”现象，而导致特定区域的浓度差异，正负离子分离产生电势差，产生电信号。水蒸发诱导发电现象作为一种利用蒸发现象作为驱动力的能量转换现象，其平衡状态时的能源应来自于环境热能，水吸收了环境热能产生了相变，从碳膜表面汽化，进而带动了碳膜内部纳米孔道内的水继续在毛细力作用下进行自下而上的流动，从而持续地输出电能。在这个过程中，一方面，大多数环境热能都用来造成水的相变，仅有其中一部分转化为带动水进行毛细流动的溶液动能，并进一步转换为电能。
自发现水蒸发诱导发电效应以来，材料体系已从无定型炭黑拓展到氧化石墨烯(GO)、氢氧化物、金属氧化物等其他多孔材料或复合材料，这些材料能发电是因为表面有亲水性官能团，并且内部有带电荷的孔道，便于孔道两端产生电势差。此类研究中最具代表性工作是基于炭黑和氧化石墨烯开展的，但其存在制备工艺复杂、成本高、产量低等缺点，不利于此类研究的实际应用和规模化生产。与石墨等生产碳材料的传统原料相比，生物质能源在资源储备量、产能、成本花费以及环保等方面具有巨大优势。此外，生物质碳材料在许多领域应用广泛，但缺乏高值化利用，将其应用在水蒸发诱导发电领域不失为一个良好的选择。
中国发明专利CN113114070A《一种基于湿伏发电原理的生物质除湿发电装置》设计了一种简易的材料托板来固定湿伏材料，构建了一种能够利用大气中的水蒸气进行发电的装置。该装置具体可分为4个设计部分：湿伏发电材料制备、除湿电池板设计、储能电路设计、总体结构框架设计。该发明需要使用其它的吸湿性试剂，而本发明首次使用生物质碳，生物质碳表面的亲水官能团导致装置不需要等离子体处理或其它的吸湿性试剂就可以完成发电。
发明内容
鉴于上所述现有水蒸发诱导发电材料以及制备技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳化生物质基发电材料。本发明提出了一种以碳化生物质(稻壳、咖啡渣、椴木、榉木等)为原料的水蒸发诱导发电装置。本发明从已有的水蒸发发电相关文献出发，从经济效益和环境保护的角度选取初步制备方案来确定最优材料，结合该材料的特性去设计最合适的水蒸发诱导装置的制备方案，最终得到一种发电效率较高的低成本环保水蒸发诱导发电材料。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)使用管式炉，以升温速率为3℃/min在700-900℃下将生物质原料碳化处理1.5-2.5h，超纯水洗净，烘箱中60-80℃干燥12-24h，得到碳化生物质材料；
(2)取步骤(1)处理后的碳化生物质材料、乙基纤维素、松节透油醇和乙醇混合，超声分散；
(3)将步骤(2)处理后的液体进行油浴浓缩后涂于平板，并进行退火处理，退火完成后在平板两端缠绕电极；
(4)将步骤(3)处理后的装置一端放于水中，通过水蒸发过程得到所述水蒸发诱导发电材料。
优选地，步骤(1)中，所述生物质原料为稻壳、茶渣、咖啡渣、椴木或榉木。
优选地，步骤(2)中，所述乙基纤维素与碳化生物质材料的质量比为1：1；所述松油醇与碳化生物质材料的质量体积比为3:1；所述乙醇溶液与碳化生物质材料的质量体积比为1:40-1:80。
优选地，步骤(2)中，所述超声功率为250～375W，超声分散的时间为20-40min。
优选地，步骤(3)中，所述油浴浓缩的温度为60-90℃。
优选地，步骤(3)中，退火的温度为250-350℃，时间为120-180min。
优选地，步骤(3)中，所述平板为石英片或陶瓷片。
本发明提供一种由上述的制备方法制得的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料。
本发明通过管式炉在流动的氮气下将木质纤维原料热解成生物质碳后，证明了利用一种廉价且简单的生物质碳基蒸发诱导发电机(EIEG)的可行性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)相比于其他水蒸发诱导发电的方法，本发明选取的原材料为碳化生物质，成本低廉，自然界储量丰富，也更加容易大规模制备。
(2)本发明制备的水蒸发诱导发电材料，具有良好的发电性能，最大电压达0.21V，最大电流达110nA。
(3)本发明制备的水蒸发诱导发电材料，持续发电时长超过40000秒。
本发明提出了一种使用碳化生物质为原料的水蒸发诱导发电材料及其制备方法。所制备的材料可以通过水蒸发现象产生电信号，成本较低且容易实现大规模生产。同时，多种废弃生物质，比如稻壳、咖啡渣、茶渣、椴木等都可以被用作水蒸发发电的原材料。这种以废弃生物质为原料的发电材料，在水蒸发诱导发电以及低品位热的应用等领域具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备水蒸发诱导发电材料的流程示意图。
图2是实施例1～4碳化后的稻壳、咖啡渣、椴木、榉木的不同放大倍数的扫描电镜图。
图3是实施例1～4使用不同生物质制备的水蒸发诱导发电材料的红外光谱图。
图4是实施例1～4使用不同生物质制备的水蒸发诱导发电材料的拉曼光谱图。
图5是实施例1～4使用不同生物质制备的水蒸发诱导发电材料产生的电压和电流性能图。
图6是实施例1使用稻壳制备的水蒸发诱导发电材料产生的持续电压性能图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
实施例1
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取稻壳20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，80℃烘箱干燥12h，得到碳化稻壳。将0.5g碳化稻壳、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温120min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例2
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取稻壳20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，80℃烘箱干燥12h，得到碳化稻壳。将0.5g碳化稻壳、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在250w的功率下超声分散40min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温120min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例3
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取稻壳20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，80℃烘箱干燥12h，得到碳化稻壳。将0.5g碳化稻壳、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在288w的功率下超声分散30min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温120min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例4
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取稻壳20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，60℃烘箱干燥24h，得到碳化稻壳。将0.5g碳化稻壳、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温120min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例5
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取稻壳20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，60℃烘箱干燥24h，得到碳化稻壳。将0.5g碳化稻壳、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中300℃退火，升温程序为：从30℃升温至300℃，升温时间为180min，在300℃保温150min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例6
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取稻壳20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，80℃烘箱干燥12h，得到碳化稻壳。将0.5g碳化稻壳、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至250℃，升温时间为180min，在250℃保温180min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例7
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取咖啡渣20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至700℃，升温时间为230min，在700℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，70℃烘箱干燥18h，得到碳化咖啡渣。将0.5g碳化咖啡渣、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温120min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例8
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取咖啡渣20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至700℃，升温时间为230min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，60℃烘箱干燥24h，得到碳化咖啡渣。将0.25g碳化咖啡渣、0.25g乙基纤维素、0.75mL松油醇放入12.5mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温120min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例9
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取榉木20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至900℃，升温时间为290min，在900℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，80℃烘箱干燥12h，得到碳化榉木。将0.5g碳化榉木、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL，利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温150min。退火完成后,在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
实施例10
按照图1所示的流程示意图进行如下操作：
称取椴木20g，粉碎过100目筛，置于氮气气氛管式炉当中热处理，升温程序为：从30℃升温至800℃，升温时间为270min，在800℃保温120min。使用超纯水对得到的产物进行清洗，80℃烘箱干燥12h，得到碳化椴木。将0.5g碳化椴木、0.5g乙基纤维素、1.5mL松油醇放入25mL乙醇溶液中在325w的功率下超声分散20min，将混合液体油浴浓缩至5mL。利用涂膜器将浓缩液刮涂至石英板，在管式炉中350℃退火，升温程序为：从30℃升温至350℃，升温时间为180min，在350℃保温150min。退火完成后，在石英板两端缠绕铂丝作为电极。
图2是实施例1～4碳化后的稻壳、咖啡渣、椴木、榉木的不同放大倍数的扫描电镜图。可以看出碳化后生物质均能保持一定形态的部分孔状结构，且孔径在纳米和微米级别，可以满足水蒸发诱导发电的需求。
图3是实施例1～4使用不同生物质制备的水蒸发诱导发电材料的红外光谱图，图4是实施例1～4使用不同生物质制备的水蒸发诱导发电材料的拉曼光谱图。红外谱图的吸收峰较少且没有高强度的峰，甚至消失，这是由于热解过程中官能团和结构被破坏所致。通过拉曼图谱可以观察到在1340cm-1(D band)附近处与1590cm-1(G band)附近处存在两个尖锐峰，对应于无序碳原子与具有石墨结构的sp2杂化碳原子，表明这些样品中存在一定的石墨化程度。
图5是实施例1～4使用不同生物质制备的水蒸发诱导发电材料产生的电压和电流性能图。表明碳化生物质制备的水蒸发诱导发电材料可以完成发电过程，可以看出碳化生物质制备的器件最大电压为0.21V，最大电流为110nA 。
图6是实施例1使用稻壳制备的水蒸发诱导发电材料产生的持续电压性能图。从图中可以看出：碳化稻壳制备的水蒸发诱导发电材料，最大电压为0.21V，且持续发电时长超过40000秒。
Claims (10)
1.一种基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将生物质原料进行碳化处理，洗净并干燥，得到碳化生物质材料；
(2)取步骤(1)处理后的碳化生物质材料、乙基纤维素、松油醇和乙醇混合，超声分散；
(3)将步骤(2)处理后的液体进行油浴浓缩后涂于平板，并进行退火处理，退火完成后在平板两端缠绕电极；
(4)将步骤(3)处理后的装置一端放于水中，通过水蒸发过程得到所述水蒸发诱导发电材料。
2.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述生物质原料包括稻壳、茶渣、咖啡渣、椴木或榉木。
3.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳化处理为将原料放入管式炉内700-900℃处理1.5-2.5h。
4.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干燥是在60-80℃烘箱中干燥12-24h。
5.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述乙基纤维素与碳化生物质材料的质量比为1：1；所述松油醇与碳化生物质材料的质量体积比为3:1；所述乙醇溶液与碳化生物质材料的质量体积比为1:40-1:80。
6.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超声分散的功率为250-375W；超声分散的时间为20-40min。
7.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述油浴浓缩的温度为60-90℃；所述退火处理过程在管式炉或马弗炉中完成，退火的温度为250-350℃，时间为120-180min。
8.如权利要求1所述的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述平板为石英片或陶瓷片。
9.一种由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料。
10.根据权利要求9所述的一种基于碳化生物质的水蒸发诱导发电材料，其特征在于，该材料的最大电压为0.21V，最大电流为110nA，持续发电时长超过40000秒。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060289A (zh) * | 2015-09-21 | 2015-11-18 | 中南大学 | 一种基于生物质废料制备少层石墨烯的方法 |
| CN112187110A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-01-05 | 盐城师范学院 | 一种双驱水伏发电机的制备方法 |
| CN112737412A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 海南大学 | 一种三明治结构的木基蒸发-水伏协同发电器件的制备方法 |
| CN113114070A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于湿伏发电原理的生物质除湿发电装置 |
| CN114323319A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 电子科技大学 | 导电材料层的制备方法、导电材料层制备的自供电水文传感器及其制作方法 |
| CN114530287A (zh) * | 2021-12-26 | 2022-05-24 | 苏州大学 | 一种基于二硫化钼的织物湿发电材料、制备方法及其应用 |
| CN115133809A (zh) * | 2021-03-27 | 2022-09-30 | 盐城师范学院 | 水电分离型正反馈蒸发起电装置的制备方法 |
-
2022
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060289A (zh) * | 2015-09-21 | 2015-11-18 | 中南大学 | 一种基于生物质废料制备少层石墨烯的方法 |
| CN112187110A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-01-05 | 盐城师范学院 | 一种双驱水伏发电机的制备方法 |
| CN112737412A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 海南大学 | 一种三明治结构的木基蒸发-水伏协同发电器件的制备方法 |
| CN115133809A (zh) * | 2021-03-27 | 2022-09-30 | 盐城师范学院 | 水电分离型正反馈蒸发起电装置的制备方法 |
| CN113114070A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-07-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于湿伏发电原理的生物质除湿发电装置 |
| CN114530287A (zh) * | 2021-12-26 | 2022-05-24 | 苏州大学 | 一种基于二硫化钼的织物湿发电材料、制备方法及其应用 |
| CN114323319A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 电子科技大学 | 导电材料层的制备方法、导电材料层制备的自供电水文传感器及其制作方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Enhancing output performance of surface-modified wood sponge-carbon black ink hygroelectric generator via moisture-triggered galvanic cell;Kun Zhang 等;《Nano Energy》;第1-9页 * |
| 水蒸发驱动柔性自支撑复合发电碳膜;丁天朋 等;《科学通报》;第2846-2852页 * |
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| Publication number | Publication date |
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