本發(fā)明涉及生物炭領域，具體而言，涉及一種山茱萸果核多孔炭、制備方法及其應用。

背景技術(shù)：

1、山茱萸系山茱萸科山茱萸屬小喬木或灌木,其成熟后的果實去核后又名山萸肉、藥棗、棗皮等。山茱萸分布于北溫帶,亞熱帶的高山地區(qū)。主產(chǎn)于中國、日本、韓國、英國、美國等國家。

2、目前對山茱萸果肉研究的比較多,而對其果核利用的研究相對較少,山茱萸的干燥果核,其重量約為果肉的1/3,大量堅硬的果核如得不到有效利用,就浪費了寶貴的生物質(zhì)資源。

3、多孔炭相較于活性炭而言，多孔炭的結(jié)構(gòu)以介孔和大孔為主，微孔數(shù)量相對較少，因此多孔炭的孔容積相對較高，較適用于硅烷氣體的沉積，具有較好的電化學性能和穩(wěn)定性，適用于電池、超級電容器等能源存儲領域。專利cn106395818a公開了一種山茱萸果核活性炭的制備方法，其通過烘干、酸化處理、550℃高溫處理等步驟后，可得到一種活性炭，該活性炭可用于吸附領域，但對于該活性炭，其微孔數(shù)量多，不適用于鋰電池硅負極，其電化學性能和穩(wěn)定性均校差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種山茱萸果核多孔炭，其微孔數(shù)量少，以介孔和大孔為主，可用于鋰電池硅負極。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種山茱萸果核多孔炭的制備方法，通過控制炭化和造孔的參數(shù)倆控制多孔炭的孔徑，其形成的多孔炭的孔徑大小適中，其介孔和大孔數(shù)量多，微孔數(shù)量少；且孔徑分布均勻。

3、本發(fā)明的第三目的在于提供一種山茱萸果核多孔炭在制備鋰電池負極中的應用，以多孔炭為骨架材料，負載納米硅，該多孔炭負載納米硅的能力強，對納米硅的包裹性能好，納米硅不易脫落，可提高鋰電池能量密度約1-2倍。

4、本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

5、一方面，本發(fā)明實施例提供一種山茱萸果核多孔炭的制備方法，包括以下步驟：

6、s1，將清洗后的山茱萸果核在105℃-130℃下烘干，然后投入炭化爐內(nèi)進行炭化，得到山茱萸果核炭化料；

7、s2，將步驟s1得到的所述山茱萸果核炭化料破碎磨粉，得到炭粉；

8、s3，將步驟s2的炭粉置于固體氫氧化鉀和固體氫氧化鈉的混合物中，攪拌均勻，得到混合物；

9、s4，將步驟s3的混合物置于活化爐內(nèi)進行活化造孔，得到活化物料；

10、s5，將步驟s4的活化物料置于混合酸溶液中，加熱進行酸化反應，隨后過濾，洗滌濾渣，烘干，除磁。

11、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s1中，炭化條件為：在氮氣氣氛下，升溫速率2-5℃/min,在300℃-600℃下保溫3-5h。在該炭化條件下，不僅能將山茱萸果核充分的炭化，使孔徑分布大小均勻，還可減少碳元素的損失，可充分的利用山茱萸果核，提高其利用效率。

12、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s3中，質(zhì)量比為，炭粉：氫氧化鉀和氫氧化鈉總量＝1:2-4，其中氫氧化鉀和氫氧化鈉的質(zhì)量比為1:2。氫氧化鉀和氫氧化鈉作為強堿，作為造孔劑，其在活化造孔的溫度下，可與碳元素形成氧化物和金屬碳酸鹽，在該配比下，可控制孔徑的大小和均勻程度。當炭粉和強堿造孔劑的配比較高或較低時，會顯著影響炭粉的孔結(jié)構(gòu)，這直接影響到其作為電極材料時的性能表現(xiàn)。通過精確控制堿炭配比，可以制備出具有特定孔徑分布和比表面積的活性炭，從而滿足鋰電池負極材料對其性能的需求。

13、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s4中，活化造孔條件為：在氮氣氣氛下，升溫速率為5-10℃/min，在700℃-1000℃的下保溫3-5h。在該條件下，可提高孔隙比表面積和改善孔道結(jié)構(gòu)，在高溫反應過程中，會產(chǎn)生微小的孔洞和孔壁，這些孔洞和孔壁可以增加碳材料的比表面積。由于該活化造孔條件會在高溫反應中會產(chǎn)生孔洞和孔壁，使得制備的碳材料孔徑分布更加均勻。

14、在本發(fā)明的一些實施例中，步驟s5中，所述混合酸溶液為鹽酸和乙酸的混合，按照質(zhì)量體積比，活化物料(g)：混合酸(ml)＝1：0.5-2；所述混合酸溶液(鹽酸+乙酸)的濃度為2-5％。該酸化處理條件，進一步調(diào)控炭粉的表面性質(zhì)，通過引入酸性環(huán)境，可以中和或改變炭粉表面的堿性官能團，從而影響其吸附性能和化學穩(wěn)定性。酸化處理可以去除或改變炭粉表面的堿性官能團，如氨基和巰基等，這些官能團在強堿活化過程中可能過量生成，影響炭粉的性能。通過酸化處理，可以精確控制這些官能團的量和種類，以達到優(yōu)化炭粉性能的目的。通過與炭粉中的碳反應，產(chǎn)生插層鉀(k-gics)，有效促進活性炭孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)展。當炭粉經(jīng)過強堿活化后，如果酸化溶液配比過高，可能會導致k-gics的不穩(wěn)定，進而發(fā)生脫嵌現(xiàn)象，導致k-gics的脫嵌，這會影響活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)?；旌纤岬呐浔冗^低，可能導致強堿性物質(zhì)未能完全中和，這些殘留的堿性物質(zhì)可能會影響炭粉的性能穩(wěn)定性；混合酸配比過低還可能會影響炭粉的硬度，從而降低其機械強度和穩(wěn)定性。這可能會導致在使用過程中炭粉破碎或結(jié)構(gòu)變形，影響其使用效果；此外，混合酸的配比過低可能無法完全調(diào)整炭粉的化學性質(zhì)，使其保持原有的堿性或改變其表面化學性質(zhì)，這可能會影響其在特定應用中的性能。因此，控制適當?shù)幕旌纤岬呐浔葘τ诖_保炭粉的性能和應用效果至關重要。在所述步驟s5中，根據(jù)具體需求和炭粉的使用目的來確定最佳的混合酸的配比，以確保炭粉的性能和穩(wěn)定性。

15、在本發(fā)明的一些實施例中，在所述步驟s5中，烘干溫度為110℃-150℃，烘干后的水分≦2.0％。

16、在本發(fā)明的一些實施例中，在所述步驟s5中，加熱酸化的條件為，加熱至80-105℃，保溫時間在2-4h。

17、在本發(fā)明的一些實施例中，在所述步驟s2中，炭粉的粒徑為200-500目。

18、另一方面，本發(fā)明實施例提供一種山茱萸果核多孔炭，其由上述制備方法制得。

19、第三方面，本發(fā)明實施例提供一種山茱萸果核多孔炭的應用，用于制備鋰電池負極。

20、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的實施例至少具有如下優(yōu)點或有益效果：

21、通過本發(fā)明的制備方法所制得的多孔炭，1.其粒徑適中，可以使硅納米顆粒能夠均勻地分布在多孔炭的孔隙中，同時氣相沉積產(chǎn)生的硅碳材料組分均勻，保持一定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2.粒徑分布均勻，可確保硅源氣體在高溫熱解時，能夠均勻沉積在碳骨架的孔隙中，形成均勻分布的硅納米顆粒。有助于提高硅碳復合材料的整體性能，如導電性和機械強度等。3.多孔炭的孔徑分布均勻，能夠提供足夠的空間來緩沖納米硅在充放電過程中的體積變化，從而降低膨脹率，提高循環(huán)穩(wěn)定性。

22、在制備本發(fā)明的多孔炭時，先對山茱萸果核炭化處理，經(jīng)過研磨后即形成炭粉，隨后與氫氧化鉀和氫氧化鈉混合，在活化爐進行造孔，氫氧化鉀和氫氧化鈉作為強堿，能夠有效地與炭粉中的碳反應，浸蝕部分碳原子并生成相應的金屬碳酸鹽和氧化物，隨后后續(xù)的酸化處理和洗滌，可以除去生成的金屬碳酸鹽和氧化物，進而形成孔洞；通過該方法，其形成的多孔炭的孔徑大小適中，其介孔和大孔數(shù)量多，微孔數(shù)量少；且孔徑分布均勻。

技術(shù)特征：

1.一種山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，在所述步驟s1中，炭化條件為：在氮氣氣氛下，升溫速率2-5℃/min,在300℃-600℃下保溫3-5h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，質(zhì)量比為，炭粉：氫氧化鉀和氫氧化鈉總量＝1:2-4，其中氫氧化鉀和氫氧化鈉的質(zhì)量比為1:2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，活化造孔條件為：在氮氣氣氛的下，升溫速率為5-10℃/min，在700℃-1000℃的下保溫3-5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，在所述步驟s5中，所述混合酸溶液為鹽酸和乙酸的混合，按照質(zhì)量體積比，活化物料(g)：混合酸(ml)＝1：0.5-2；所述混合酸溶液的濃度為2-5％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，在所述步驟s5中，烘干溫度為110℃-150℃，烘干后的水分≦2.0％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，在所述步驟s5中，加熱酸化的條件為，加熱至80-105℃，保溫時間在2-4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山茱萸果核多孔炭的制備方法，其特征在于，在所述步驟s2中，炭粉的粒徑為200-500目。

9.一種山茱萸果核多孔炭，其特征在于，由權(quán)利要求1-8任一項所述的方法制得。

10.一種山茱萸果核多孔炭的應用，其特征在于，將權(quán)利要求1-8任一項所述的方法制得多孔炭，用于制備鋰電池負極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種山茱萸果核多孔炭、制備方法及其應用，涉及生物炭領域。將山茱萸果核烘干，炭化，破碎磨粉，得到炭粉；將炭粉置與氫氧化鉀、氫氧化鈉混合，攪拌均勻，得到混合物；將混合物進行活化造孔，得到活化物料；將活化物料置于混合酸溶液中，加熱進行酸化反應，隨后過濾，洗滌濾渣，烘干，除磁，得到多孔炭，其粒徑適中、粒徑分布均勻、孔徑分布均勻，將其作為鋰電池負極的骨架材料，負載納米硅的能力強，對納米硅的包裹性能好，納米硅不易脫落，可提高鋰電池能量密度約1?2倍。

技術(shù)研發(fā)人員：李常利,李廣朝,李銘堂,劉杰,徐榮斐,李常杰,馮杏洋,徐孟,林玉云,李嘉豪
受保護的技術(shù)使用者：河南省大潮炭能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30