生物质油制作多重孔洞碳材料的方法技术

本发明专利技术提供一种利用生物质热化学处理的生物质油制作多重孔洞碳材料的方法，该生物质油和树脂及氧化锌(ZnO)模板混合作为前驱物的主要成分，经由本发明专利技术制作的碳材其孔径包含中孔与微孔，形成具有多重孔洞的碳材，主要实施步骤包含：(1)将前驱物以破碎机混合，(2)将前驱物进行封窑，(3)升温碳化：在350℃的条件下保温1小时后再在900℃的条件下保温2小时，及(4)酸洗：以盐酸将pH值调至低于1以去除ZnO。

The Method of Making Multi-Pore Carbon Material from Biomass Oil

The invention provides a method for making multi-porous carbon material by using biomass oil thermochemically treated. The biomass oil is mixed with resin and zinc oxide (ZnO) template as the main component of the precursor. The pore size of the carbon material prepared by the invention includes mesoporous and microporous, forming carbon material with multiple holes. The main implementation steps include: (1) mixing the precursor with a crusher. (2) Sealing the precursor in kiln, (3) Warming and carbonization: holding at 350 for 1 hour, then holding at 900 for 2 hours, and (4) pickling: adjusting the pH value to less than 1 with hydrochloric acid to remove ZnO.

【技术实现步骤摘要】
生物质油制作多重孔洞碳材料的方法
本专利技术涉及一种制作多重孔洞碳材料的方法，尤指一种利用生物质热化学处理所产出的生物质油(Bio-oils)制作多重孔洞碳材料的方法。【先前技术】多孔洞碳材为极具潜力的新兴材料，尤其对于纳米级孔径的多孔洞材料由于具有超高比表面积的特性，已被广泛应用在不同领域的产业及产品，包括绝热材料、缓冲材料、吸声材料、吸附材料、催化剂载体、气体分离、纯化水等，还可应用于海水淡化，以因应未来水资源短缺并提高自有水资源技术的解决方案；更由于多孔洞碳材具有优异的电导与电容特性而成为新兴的电化学材料，可应用于各种高功率设备的超级电容、各种电池的电极材料、提供与再生能源搭配的储能和能量转换设备的解决方案。现有多孔洞碳材的制作技术一般为利用高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分作为制作多孔洞碳材的前驱物，或直接以生物质材料直接加热再活化其碳材特性达成。依据国际相关产业对于多孔洞材料中孔洞大小的界定标准，通常将孔径在2～50nm范围者视为中孔(mesopores)，而将孔径小于2nm范围者视为微孔(micropores)，孔径大于50nm范围者视为大孔(macropores)，本专利技术的多重孔洞碳材料则定义为该碳材中的孔洞分布是同时包含一定比率的上述至少两种孔径范围。US8,828,533B2透过含有高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分混合为前驱物，制作具中孔性10～50nm的导电碳材，然而本专利技术为利用生物质热化学油品特性制作碳材的方法，其并未额外添加导电碳材、醛类、酸性触媒。US8,114,510B2透过含有高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分混合为前驱物，制作具中孔性4～10nm,400-700m2/g的碳材，然而本专利技术为利用生物质热化学油品特性制作碳材的方法，其并未额外添加与醛类、酸性触媒，且本专利技术方法所制造的碳材表面积大于该专利。US4,937,223透过木质素(造纸废弃物)与碱在高温下进行碳化制作碳材，为碱活化法，其所用的配方与本专利技术不同，且不具特定孔径分布，其方法产物仅为一般活性炭。EP2025656A1利用粒径20～125微米的木屑，在常压或低压下制作碳材，该专利并可制作多孔性金属材料，与本专利技术利用生物质热化学油品特性制作碳材不同。US2014/0227325A1透过含有高分子与木质素、酚化物、醛类、酸性触媒等成分混合为前驱物，制作具中孔性4～10nm的碳材，然而本专利技术为利用生质热化学油品特性制作碳材的方法，并未额外添加与醛类、酸性触媒。上述制作多孔洞碳材的现有技术，一般需使用较高成本的高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分作为制作多孔洞碳材的前驱物，并需通过较复杂的制程，甚至制作的碳材不具特定孔径分布等缺失，为因应多元产业的应用需求，不论从成本的降低、制程的简化、碳材性能的提升，均为业界所极欲解决的重要课题。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术的缺失，提出一种生物质油制作多重孔洞碳材料的方法，其是利用生物质热化学制程(处理过程，即经由碳化、裂解、气化等制程)所产出的生物质油制作多重孔洞碳材料的技术，该生物质油和树脂及氧化锌(ZnO)模板混合作为前驱物的主要成分，经由本专利技术制作的碳材其孔径包含中孔与微孔，以形成具有多重孔洞的碳材，主要实施步骤包含：(1)将前驱物以破碎机混合，(2)将前驱物进行封窑，(3)升温碳化：在350℃下保温1小时后再在900℃下保温2小时，及(4)酸洗：以盐酸将pH值调至低于1以将ZnO去除。本专利技术至少具有下列优点：(1)本专利技术提供一种利用生物质热化学油品、活化剂及模板混合后经升温碳化反应制作多重孔洞碳材料的新颖技术，达到克服现有技术制作多重孔洞碳材料的成本偏高、处理过程繁复及难于控制特定孔径分布的功效。(2)本专利技术提供一种运用生物质热化学油品的高含氧量特性，在高温下可与碳材反应产生微孔，搭配模板即可产生多重孔洞的碳材，克服现有技术制作碳材的繁复方法，达到简化处理过程的功效。(3)本专利技术提供一种以生物质热化学油品作为制作碳材的低成本前驱物，克服现有技术通常需利用高分子、酚化物、醛类、酸性触媒等成分作为制作碳材的高价格前驱物，达到降低成本的功效。(4)本专利技术提供一种利用生物质热化学油品自身的特性及其高含氧量的特性，在制作多重孔洞碳材料的全程中并未额外添加现有技术中的醛类及酸性触媒，达到进一步简化处理过程及降低成本的功效。(5)本专利技术提供一种利用生物质热化学处理过程所产出的油品、树脂、氧化锌模板即可制作多重孔洞碳材料的技术，使所制得的碳材兼具中孔与微孔的特性，达到提升多重孔洞碳材料性能的功效。【图式简单说明】图1是本专利技术利用生物质热化学油品制作多重孔洞碳材料的制备流程示意图。图2本专利技术第一实施例的多重孔洞碳材料的特性曲线(前驱物：ZnO:裂解油(木质素)＝4:1)。图3A与3B是本专利技术第一实施例的多重孔洞碳材料具有代表性的穿透式电子显微镜图像。图4是本专利技术第二实施例的多重孔洞碳材料的特性曲线(前驱物：ZnO:碳粉＝6:1)。图5是本专利技术第二实施例的多重孔洞碳材料具有代表性的穿透式电子显微镜图像。图6是本专利技术第三实施例的多重孔洞碳材料的之特性曲线(前驱物：ZnO:裂解油(木质素):碳粉＝22:4:1)。图7是本专利技术第四实施例的多重孔洞碳材料的特性曲线(前驱物：ZnO:碳化焦油＝4:1)。图8是本专利技术第五实施例的多重孔洞碳材料的特性曲线(前驱物：ZnO:碳化焦油:酚醛树脂＝8:1:1)。图9是本专利技术第五实施例的多重孔洞碳材料具有代表性的穿透式电子显微镜图像。【附图标记说明】S101～S106本专利技术制作步骤【实施方式】如图1至图9，对本专利技术一种生物质油制作多重孔洞碳材料的方法予以进一步说明。如图1所示，本专利技术利用生质热化学油品制作多重孔洞碳材料之制程示意图；其实施步骤包含:1.混合碳源、模板及树脂，制得前驱物S101；其中，所述碳源为生物质热化学油品或碳粉，该生物质热化学油品为生物质裂解油、碳化焦油、木质素或生质物经碳化、热裂解、气化后的液相产品，所述生物质热化学油品的氧含量为20～60％，该生物质裂解油的高位热值范围为3500～4500cal/g，该碳化焦油的高位热值范围为3500～7000cal/g，该碳粉由生物质热裂解处理所产生，该树脂为酚醛树脂，该模板为氧化锌或碳酸钙，该模板的尺寸范围为5～100nm，该模板的重量占该前驱物的总重量为50～95％。2.将该前驱物放置于隔绝氧气的环境S102下；其中，该隔绝氧气的环境为控制氧含量在0.5％以下的环境。3.于该隔绝氧气的环境中升温至250～400℃，并待该前驱物碳化S103；4.再于该隔绝氧气的环境中升温至800～900℃，并保温处理一段反应时间，制得碳化混合物S104；5.以pH值低于1的酸性溶液酸洗制得的碳化混合物，以将该模板去除S105；及6.清洗该碳化混合物以去除残留的酸性溶液，取得多重孔洞碳材料S106。经由上述制造方法所制得的该多重孔洞碳材料具有复数微孔与复数中孔，且该复数微孔的表面积占该多重孔洞碳材料的总表面积范围为0～30％。以下的五个实施例分别以生物质热化学油品中不同成分及其重量比率的混合物作为前驱物，按照实施前的图1的制作流程制备多重孔洞碳材料的，具体说明制得该多重孔洞碳材料的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制作多重孔洞碳材料的方法，其特征是，包含如下步骤：(1)将碳源、模板和树脂混合，制得前驱物；(2)将所述前驱物放置于隔绝氧气的环境中；(3)于所述隔绝氧气的环境中升温至250～400℃，并待所述前驱物碳化；(4)再于所述隔绝氧气的环境中升温至800～900℃，并在温度为800～900的条件下保持一段反应时间，制得碳化混合物；(5)以pH值低于1的酸性溶液洗涤所述的碳化混合物，以将所述的模板去除；及(6)清洗所述碳化混合物以去除残留的酸性溶液，制得所述的多重孔洞碳材料。

【技术特征摘要】
2017.10.25 TW 1061367691.一种制作多重孔洞碳材料的方法，其特征是，包含如下步骤：(1)将碳源、模板和树脂混合，制得前驱物；(2)将所述前驱物放置于隔绝氧气的环境中；(3)于所述隔绝氧气的环境中升温至250～400℃，并待所述前驱物碳化；(4)再于所述隔绝氧气的环境中升温至800～900℃，并在温度为800～900的条件下保持一段反应时间，制得碳化混合物；(5)以pH值低于1的酸性溶液洗涤所述的碳化混合物，以将所述的模板去除；及(6)清洗所述碳化混合物以去除残留的酸性溶液，制得所述的多重孔洞碳材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述碳源为生物质热化学油品或碳粉。3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述生物质热化学油品为生物质裂解油、碳化焦油、木质素或生质物经碳化、热裂解、气化后的液相产品。4.如权利要求3所述的方法，其特征是，所述生物质热化学油品...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢子贤，林弘萍，张扬状，庄浩宇，
申请(专利权)人：台湾中油股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71