一种改性生物质碳气凝胶的制备方法及其产品和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115784197A(43)申请公布日2023.03.14(21)申请号202211516971.2(22)申请日2022.11.29(71)申请人四川大学地址610000四川省成都市一环路南一段24号(72)发明人王震彭杰缪璐薇陈文清(74)专利代理机构北京云嘉湃富知识产权代理有限公司11678专利代理师刘士畅(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)B01J13/00(2023.01)C02F1/461(2006.01)C02F1/469(2023.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种改性生物质碳气凝胶的制备方法及其产品和应用(57)摘要本发明公开了一种改性生物质碳气凝胶的制备方法及其产品和应用，涉及功能材料制备技术领域。本发明提供的制备方法包括如下步骤：(1)改性CMC水凝胶的制备：将交联剂和CMC粉末依次加入去离子水中，并在磁力搅拌器下混合均匀，得到CMC质量分数为3％的水凝胶；其中，交联剂为有机盐或无机盐，交联剂与CMC的质量比为1～3∶3；(2)改性CMC气凝胶的制备：将步骤(1)得的改性CMC水凝胶进行冻干处理，得到具有低密度、高孔隙率的改性CMC气凝胶；(3)改性CMC碳气凝胶的制备：将步骤(2)得到的气凝胶置于惰性气体保护的管式炉中进行800～1000℃高温热解3h，即可得到改性CMC碳气凝胶。CN115784197ACN115784197A权利要求书1/1页1.一种改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)改性CMC水凝胶的制备：将交联剂和CMC粉末加入去离子水中，并在磁力搅拌器下混合均匀，得到CMC质量分数为3％的水凝胶；其中，交联剂为有机盐或无机盐，交联剂与CMC的质量比为1～3∶3；(2)改性CMC气凝胶的制备：将步骤(1)得的改性CMC水凝胶进行冻干处理，得到具有低密度、高孔隙率的改性CMC气凝胶；(3)改性CMC碳气凝胶的制备：将步骤(2)得到的气凝胶置于惰性气体保护的管式炉中进行800～1000℃高温热解3h，即可得到改性CMC碳气凝胶。2.如权利要求1所述的改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述有机盐为柠檬酸钾、聚乙烯亚胺。3.如权利要求1所述的改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述无机盐为锌盐。4.如权利要求1所述的改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中磁力搅拌器下混合时间为12h。5.如权利要求1所述的改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中冻干参数为：压力为0.1MPa，冷冻温度为‑45℃，干燥时间为48h。6.如权利要求1所述的改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中惰性气体为氩气或氮气。7.如权利要求1所述的改性生物质碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中管式炉的升温速度为3～5℃/min。8.如权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备的改性生物质碳气凝胶电极材料。9.如权利要求8所述的改性生物质碳气凝胶电极材料在电容去离子技术中的应用。2CN115784197A说明书1/4页一种改性生物质碳气凝胶的制备方法及其产品和应用技术领域[0001]本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种改性生物质碳气凝胶的制备方法及其产品和应用。背景技术[0002]电容去离子技术(CDI)是一种低电压微能耗的新型水处理技术，通过在电极两端施加电势实现溶液中带电粒子的去除，具有操作简单、成本低廉、无二次污染等特点，在海水淡化、污水处理、资源回收等方面具有广阔的应用前景。其中电极材料的性能是决定CDI吸附效率的关键因素。碳气凝胶具有高的比表面积和丰富的多级孔结构，是理想的电容去离子电极材料。然而传统的碳气凝胶通常由前驱体酚类及醛类物质缩合、超临界干燥法制备，过程复杂，成本较高，且前驱体多来自于石油工业，对人体有害，不可再生，因此亟需寻找可替代的碳气凝胶前驱体。[0003]生物质是指来源于动物或植物的有机物质，是一种可再生资源。以生物质为前驱体的碳气凝胶因其环境友好、生物相容、可再生等优点，近几年来发展迅速，在吸附、催化及储能等多个领域展现出巨大的应用潜力。常见的生物质前驱体有纤维素、壳聚糖、木质素等。在众多生物质中，纤维素是地球上分布最广、含量最丰富的多糖，其作为前驱体制备碳气凝胶引起了研究者的关注。然而纤维素独特的分子结构，其分子间存在较强的氢键作用，不溶于大多数溶剂，通常需要采用特殊溶解体系，如碱/尿素进行溶解；同时为了确保更佳的溶解性能，常常需要在低温下进行，制备条件苛刻，过程复杂。[0004]羧甲基纤维素钠(CMC)是纤维素经过化学改性制得的一种醚化衍生物，分子链上含有大量的羟基和羧基，具有良好的