一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107697915A(43)申请公布日2018.02.16(21)申请号201710963865.1(22)申请日2017.10.16(71)申请人赵兵地址215000江苏省苏州市相城区元和街道御窑路1165号(72)发明人赵兵(51)Int.Cl.C01B32/348(2017.01)C01B32/318(2017.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法，以油条作为碳源，丝素蛋白和端氨基超支化聚合物（HBP-NH2）作为氮源，通过四段式高温煅烧和碳酸氢钾活化，得到具有高比表面积和丰富孔隙的氮掺杂多孔碳材料，制备过程简便、成本低廉、易于大规模生产，在锂电池、超级电容器、电极材料、气体吸附分离、储氢及污染气体脱除等方面有重要的应用价值。CN107697915ACN107697915A权利要求书1/1页1.一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法，其特征在于：将油条切割成块状，80℃干燥24h，然后置于氩气保护下的马弗炉中150℃热处理1-5h，其中升温速率为1℃/min，自然冷却至室温后，浸渍在质量分数1%-5%的丝素蛋白水溶液中10-60min，去离子水冲洗后，置于氩气保护下的马弗炉中300℃热处理1-6h，其中升温速率为2℃/min，自然冷却至室温后，浸渍在1-100g/L的端氨基超支化聚合物（HBP-NH2）水溶液中1-6h，去离子水冲洗后，置于氩气保护下的马弗炉中500℃热处理2-4h，其中升温速率为5℃/min，自然冷却至室温后，将上述样品浸渍在1-10g/L的碳酸氢钾溶液中24h，其中所述碳酸氢钾与所述样品的质量比为10:1-4:1，取出后用去离子水反复冲洗、自然冷却到室温后，置于氩气保护下的马弗炉中700-900℃热处理1-6h，其中升温速率为10℃/min，自然冷却至室温后，浸泡在1mol/L的盐酸溶液中24h，取出后用去离子水反复冲洗、常温干燥后得到氮掺杂多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白是将蚕丝经过脱胶、溶解、透析、提纯后制得。3.按权利要求1制备方法得到的一种氮掺杂多孔碳材料。2CN107697915A说明书1/3页一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种氮掺杂多孔碳材料及其制备方法，属复合材料领域。背景技术[0002]多孔碳是一类含有丰富孔结构和高比表面积的固体材料，还具有耐腐蚀、耐辐射、密度小、热变形小的特点，被广泛应用在航空、化工、医药、新能源等领域。微孔（直径小于2nm）碳材料能够有效吸附气体小分子或交换离子，常用于气体分离与净化、离子交换和水处理等方面。介孔（直径介于2-50nm）碳材料适合于吸附药物、染料等大分子，吸附效果最好，而且所产生的压力降小，可用作药物载具、吸附剂、离子快速交换电极材料等。大孔（直径大于50nm）碳材料的吸附能力较弱，但利于快速传输、大量分散负载生物大分子或者微生物等，是发挥生物机能的良好空间，还可用作蓄热、绝热、隔音材料等。自然界存在大量的多级孔结构的材料或者系统，例如植物的茎秆和动物的骨骼等，它们具有两种或两种以上尺度的孔道，孔隙结构精致，各级孔道联通，协同发挥各种孔道的传输优势，在输运不同物质、维持生命活动等方面发挥着重要作用。这些结构亦适于有大分子参与的裂解等反应过程，因而开发新型多级孔结构材料一直是国内外的研究热点（骨架状聚氨酯海绵模板导向制备氮掺杂多孔碳材料[J].化学进展,2014,26(12):1924-1929；化学进展,2012,24(Z1):262-274）。[0003]以生物质材料作为碳源是制备多孔碳的常用方法，其中生物质材料有棉、蚕丝（ElectrochimicaActa,2017,227:7-16，RSCAdvances,2017,7(22):13383-13389，中国发明专利201510399394.7，刘芳芳.生物质衍生掺杂碳基催化剂的制备及其氧还原电催化性能的研究[D].华南理工大学,2015）、西瓜皮、淀粉、酵母菌、法国梧桐絮、秸秆、稻草、树枝、甘蔗渣、荷叶（以荷叶制备多级孔碳硫复合正极材料及性能研究[J].无机材料学报,2016,31(02):135-140）、海藻酸（磁性多孔碳复合材料的简易合成及其吸附性能[J].华北理工大学学报(自然科学版),2017,39(03):25-31）、甘蔗、荔枝、虾壳、牛骨、酵母菌（生物质氮掺杂多孔碳材料的制备及其吸附水中磺胺二甲基嘧啶性能研究[D].江苏大学,2016）、浒苔（AdvancedFunctionalMaterials,2016,26(4