本發(fā)明屬于mofs@生物質(zhì)復(fù)合碳基質(zhì)制備，具體涉及一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫氣作為一種高效、可再生的能源，在推動(dòng)全球可持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)方面具有重要作用，然而，氫氣的低密度特性給其儲(chǔ)存和運(yùn)輸帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)，目前，氫氣儲(chǔ)存技術(shù)主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)存、液態(tài)儲(chǔ)存和固態(tài)儲(chǔ)存等，其中，固態(tài)儲(chǔ)存技術(shù)因其安全性和儲(chǔ)存效率而受到廣泛關(guān)注；

2、金屬有機(jī)框架(mofs)是一類具有高度可定制孔隙結(jié)構(gòu)和功能化組件的新型多孔配位聚合物，它們在氫氣儲(chǔ)存領(lǐng)域顯示出巨大的潛力，特別是沸石咪唑酸鹽骨架(zifs)類mofs，它們結(jié)合了傳統(tǒng)沸石的高孔隙性和mofs的可調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，然而，zifs的粉末狀結(jié)晶形態(tài)和脆性限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的廣泛使用；

3、生物碳作為一種已廣泛應(yīng)用于商業(yè)化氫氣儲(chǔ)存的材料，因其高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，在較低壓力和環(huán)境溫度下能有效地吸附和釋放氫氣，然而，生物碳材料的吸附性能仍有提升空間，且其在實(shí)際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)；

4、為了克服上述限制，提出一種將金屬有機(jī)框架晶體原位生長在生物碳載體上的方法是有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備方法及應(yīng)用，采用工藝簡單、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的方法制備出高比表面積的mofs@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)，該mofs@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)的具備三維互聯(lián)孔結(jié)構(gòu)和比表面積可調(diào)，并且具有較高的儲(chǔ)氫容量。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體如下：

3、一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料，該固態(tài)儲(chǔ)氫材料為zif-8@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)。

4、一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備方法，該制備方法用于制備上述的固態(tài)儲(chǔ)氫材料，所述制備方法包括以下步驟：

5、s1：將生物質(zhì)進(jìn)行酸洗處理，用去離子水洗至中性后烘干備用；

6、s2：在惰性保護(hù)氣氛下，將所述s1中得到的生物質(zhì)進(jìn)行碳化處理，得到碳前驅(qū)體；

7、s3：將所述s2得到的碳前驅(qū)體與化學(xué)活化劑研磨混合后裝入自制反應(yīng)器內(nèi)，待排出反應(yīng)器內(nèi)所有空氣后密封，進(jìn)行活化反應(yīng)；

8、s4：待惰性保護(hù)氣氛下完成活化反應(yīng)，取出產(chǎn)物，經(jīng)酸洗、水洗、干燥后得到碳材料；

9、s5：將處理后的碳材料與堿溶液進(jìn)行再處理，并用去離子水洗至中性；

10、s6：將得到的碳材料與zn(no3)2·6h2o和2-甲基咪唑在甲醇溶液中反應(yīng)24h；

11、s7：利用甲醇溶液進(jìn)行洗滌，真空干燥。

12、一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用，該應(yīng)用用于對(duì)上述的固態(tài)儲(chǔ)氫材料在儲(chǔ)氫領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。

13、本發(fā)明取得的技術(shù)效果為：

14、本發(fā)明有豐富的官能團(tuán)、可調(diào)控比表面積和孔道結(jié)構(gòu)，在溫度77k、壓力60bar時(shí)mofs@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)的儲(chǔ)氫容量≧5.76wt％，達(dá)到美國能源部規(guī)定的固態(tài)儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)所使用原料來源豐富、工藝簡單、成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備，為促進(jìn)固態(tài)儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)?；峁┬滤悸罚?/p>

15、且充分利用低密度、高孔隙率和良好機(jī)械穩(wěn)定性的廢棄生物質(zhì)碳材料，為金屬有機(jī)框架晶體的原位生長提供了優(yōu)良的成核條件，這種方法使得金屬有機(jī)框架與生物質(zhì)基材之間通過氫鍵和靜電相互作用緊密附著，具有良好的界面相容性，從而實(shí)現(xiàn)了高比表面積和三維多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的金屬有機(jī)框架@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)的成功制備。此外，相較于傳統(tǒng)方法，該過程清潔無污染，為發(fā)展新型綠色氫氣儲(chǔ)存復(fù)合材料提供了一種新的方法。

技術(shù)特征：

1.一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料，其特征在于，該固態(tài)儲(chǔ)氫材料為zif-8@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)儲(chǔ)氫材料，其特征在于：所述zif-8@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)包括有三維互聯(lián)的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，復(fù)合碳基質(zhì)的比表面積≥1194.41m2·g-1，微孔孔容為0.19-0.44cm3·g-1。

3.一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備方法，其特征在于：該制備方法用于制備如權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)所述的固態(tài)儲(chǔ)氫材料，所述制備方法包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述s1中的生物質(zhì)為松木屑。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述s2中的碳化溫度為500℃，碳化保溫時(shí)間為120min。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述s3中的化學(xué)活化劑為koh或naoh中的任意一種，且所述化學(xué)活化劑與所述碳前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述s4活化反應(yīng)中溫度為800℃，保溫時(shí)間為120min。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述s2和所述s4中的惰性保護(hù)氣氛為氮?dú)?、氬氣或氦氣中的任意一種。

9.一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用，其特征在于：該應(yīng)用用于對(duì)權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)所述的固態(tài)儲(chǔ)氫材料在儲(chǔ)氫領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于MOFs@生物質(zhì)復(fù)合碳基質(zhì)制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備方法及應(yīng)用，該高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料，該固態(tài)儲(chǔ)氫材料為ZIF?8@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)；該高性能固態(tài)儲(chǔ)氫材料的制備方法，制備方法包括S1：將生物質(zhì)進(jìn)行酸洗處理，用去離子水洗至中性后烘干備用；S2：在惰性保護(hù)氣氛下，將S1中得到的生物質(zhì)進(jìn)行碳化處理，得到碳前驅(qū)體；S3：將S2得到的碳前驅(qū)體與化學(xué)活化劑研磨混合后裝入自制反應(yīng)器內(nèi)，待排出反應(yīng)器內(nèi)所有空氣后密封，進(jìn)行活化反應(yīng)。本發(fā)明采用工藝簡單、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的方法制備出高比表面積的MOFs@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)，該MOFs@松木屑復(fù)合碳基質(zhì)的具備三維互聯(lián)孔結(jié)構(gòu)和比表面積可調(diào)，并且具有較高的儲(chǔ)氫容量。

技術(shù)研發(fā)人員：白紅存,洪建成,吳玉花,張慧,吳建波,王瑞琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧夏大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9