一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法.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CN108538630A(43)申请公布日2018.09.14(21)申请号201710926638.1H01M10/054(2010.01)(22)申请日2017.10.08(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号申请人中国电力科学研究院国家电网公司国网山东省电力公司青岛供电公司(72)发明人徐斌官亦标吴琪沈进冉周淑琴胡龙丰(51)Int.Cl.H01G11/40(2013.01)H01G11/44(2013.01)H01G11/86(2013.01)H01M4/36(2006.01)H01M4/587(2010.01)权利要求书1页说明书5页(54)发明名称一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法(57)摘要本发明提供了一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法。本发明是将含有丝素蛋白、氧化石墨烯、活化剂的共混纺丝液经过静电纺丝技术和高温一步碳化活化制备出富氮生物质炭/石墨烯柔性复合膜。该材料集富氮、多孔、柔性等特点于一身。该方法中的丝素蛋白富含氨基酸，加热搅拌可以与氧化石墨烯交联反应使氧化石墨烯氨基化，从而在炭化过程中促进氧化石墨烯进一步还原，同时生物质中的氮原子部分残留于复合材料中。所得生物质炭/石墨烯柔性复合膜中生物质炭和石墨烯的质量比为（0.5~9）：1，比表2面积为1850~2740m/g，氮含量为3.6~9.4%。将该复合膜应用于超级电容器和钠离子电池的电极材料，表现出高比容量、长循环寿命及优异的倍率性能。CN108538630ACN108538630A权利要求书1/1页1.一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜，其特征在于，所述材料是将含有丝素蛋白、氧化石墨烯、活化剂的共混纺丝液经过静电纺丝技术和高温一步碳化活化制备出的生物质炭/石墨烯柔性复合膜；该材料将富氮、多孔、柔性的特点集于一体；其中，生物质炭和石墨烯的2质量比为（0.5~9）：1，比表面积为1850~2740m/g，氮含量为3.6~9.4%。2.一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在磁力搅拌下，将浓度为1~10wt%的丝素蛋白水溶液加入到浓度为1~10wt%的氧化石墨烯水溶液中，再加入溶剂和一定量的活化剂，将上述共混溶液在50~80℃恒温水浴中，搅拌1~15h至混合液呈粘稠状态，即得到丝素蛋白/氧化石墨烯/活化剂共混纺丝液，然后通过静电纺丝技术制得丝素蛋白/氧化石墨烯柔性复合纤维膜；上述活化剂为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或多种；上述丝素蛋白、活化剂和氧化石墨烯的质量比为（0.8~14.4）：（0.9~30.8）：1；（2）将上述的复合纤维膜在惰性气体保护下进行高温炭化活化反应，制得生物质炭/石墨烯碳化膜；（3）将步骤（2）所得复合膜放入到浓度为1~5mol/L的HCl水溶液中浸泡1~6h，取出后用水反复浸泡清洗至中性，在80~120℃条件下干燥8~15h，得到生物质炭/石墨烯柔性复合膜。3.根据权利要求2所述一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中所用丝素蛋白水溶液的制备步骤包括：（a）将一定质量的蚕丝放入浓度为1wt%的无水碳酸钠水溶液中，在80~110℃加热1h，再用去离子水洗涤干净，放入40~70℃烘箱中干燥9~12h，得到丝素纤维；上述蚕丝为桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕、柳蚕丝的一种或多种；上述蚕丝与去离子水的质量比为1:（30~60）；（b）向去离子水中加入一定质量的LiBr固体，搅拌溶解制备出9.3mol/L的LiBr水溶液；（c）将丝素纤维加入到由（b）制备得到的9.3mol/LLiBr水溶液中，在60~65℃恒温水浴中搅拌1~3h至完全溶解；待混合溶液冷却至室温后装入透析袋中，在去离子水中连续透析2~4天，再用脱脂棉过滤后，得到丝素蛋白水溶液；上述丝素纤维与LiBr的质量比为1:(3~6)。4.根据权利要求2所述一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中共混纺丝液所用溶剂为甲酸、磷酸、醋酸中的一种或多种。5.根据权利要求2所述一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中惰性气体包括高纯氮气、高纯氩气中的一种或两者的混合气体。6.根据权利要求2所述一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中高温反应的温度为400~1200℃，优选方案为500~800℃，时间为40~1200min，优选方案为100~800min。2CN108538630A说明书1/5页一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法技术领域[0001]本发明属于石墨烯材料领域，特别涉及一种生物质炭/石墨烯柔性复合膜的制备方法。背景技术[0002]随着科技不断