【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能材料，具体涉及一种生物质基活性炭及其制备方法和应用。
技术介绍
1、热解焦油和生物油具有富碳、低灰、易聚合的特性，可以通过热解焦油和生物油聚合制备高性能储能电极材料。但是研究表明，随着聚合反应温度的升高，焦油和生物油组分易发生挥发逸出现象，这严重影响了焦油和生物油聚合制备碳材料的产率和效果。
2、专利cn115784230a和专利cn114790397a分别公开了两种基于热解油制备储能电极材料的方法，其中涉及化学活化剂（碳酸氢钠）和硬模板（生物炭）的使用，然而这两项技术未考虑热解油聚合过程中组分逸出导致焦油碳产率较低的问题，并且直接引入生物炭硬模板对孔隙构筑的促进效果有限，从而导致制得的储能电极材料的比电容和循环稳定性不佳。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种生物质基活性炭及其制备方法和应用，该方法制备的生物质基活性炭产率高，具有高比表面积、丰富的多层孔隙结构，优异的比电容和循环稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种生物质基活性炭的制备方法，包括以下步骤：
4、将生物质软模板、液体碳源和氧化-活化剂按由下至上的顺序逐层添加至反应容器中，进行预氧化，得到预氧化后体系；
5、所述液体碳源包括热解焦油和/或生物油；
6、所述氧化-活化剂包括高锰酸钾，或氯酸钾和二氧化锰的混合物；
7、将所述预氧化后体系进行聚合炭化活化
8、优选的，所述热解焦油为生物质热解焦油；所述生物油为生物质水热生物油。
9、优选的，所述生物质软模板包括农作物秸秆、树枝、锯末、稻糠、花生壳和甘蔗渣中的一种或几种。
10、优选的，所述生物质软模板的粒径为0.1~0.3mm。
11、优选的，所述预氧化的温度为250~350℃，保温时间为0.5~1.5h。
12、优选的，所述聚合炭化活化的温度为750~950℃，保温时间为1~3h。
13、优选的，所述生物质软模板和液体碳源的质量比为1:3~6；所述液体碳源和氧化-活化剂的质量比为1:1~2；所述氧化-活化剂中钾元素和锰元素的摩尔比为1:1。
14、本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备的生物质基活性炭，所述生物质基活性炭的孔隙结构中微孔占比为60~65%；所述生物质基活性炭的比表面积为2800~3200m2/g。
15、本专利技术提供了上述技术方案所述生物质基活性炭在电极材料中的应用。
16、本专利技术提供了一种工作电极，包括基底材料和覆在所述基底材料上的生物质基活性炭、粘结剂和导电剂的混合物；
17、所述生物质基活性炭为上述技术方案所述生物质基活性炭。
18、本专利技术提供了一种生物质基活性炭的制备方法，包括以下步骤：将生物质软模板、液体碳源和氧化-活化剂按由下至上的顺序逐层添加至反应容器中，进行预氧化，得到预氧化后体系；所述液体碳源包括热解焦油和/或生物油；所述氧化-活化剂包括高锰酸钾，或氯酸钾和二氧化锰的混合物；将所述预氧化后体系进行聚合炭化活化，得到生物质基活性炭。
19、在预氧化过程中，顶层的氧化-活化剂分解产生氧气、活化剂（如高锰酸钾分解产生的锰酸钾）和催化剂（如高锰酸钾分解产生的二氧化锰），液体碳源被氧气氧化导致功能性含氧化合物占比提升，功能性含氧化合物是促进聚合的关键物质，碳氧键在聚合反应过程中率先断裂重组进而形成碳骨架；在底层的生物质软模板因被液体碳源覆盖包裹隔绝了氧气而发生无氧热解，转化为初级生物炭，生物质炭化过程中会逸出挥发性物质促进初级孔隙形成；在聚合炭化活化过程中，初级生物炭作为模板能引导晶种形成，有利于中层被氧化的液体碳源发生聚合反应生成生物质基活性炭，而且上层氧化-活化剂分解产生的活化剂和催化剂能促进聚合过程生成生物质基活性炭，同时氧化-活化剂产生的熔融态金属离子（钾离子）对聚合生成的生物质基活性炭发挥刻蚀作用形成二级孔隙，从而得到具有多层级孔隙结构的生物质基活性炭。本专利技术通过三层顺序添加方式结合预氧化和聚合炭化活化的分级加热过程，通过提高液体碳源中功能性含氧化合物的占比减少了聚合过程中液体碳源组分逸出，提高了液体碳源制备的活性炭的产率，然后通过生物质软模板在炭化过程中会逸出挥发性物质促进初级孔隙形成，再结合金属离子刻蚀液体碳源聚合生成的生物质基活性炭形成多层级孔隙结构，提升生物质基活性炭的比表面积并改善其孔隙分布，从而有效提升生物质基活性炭的比电容和循环稳定性。
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1.一种生物质基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解焦油为生物质热解焦油；所述生物油为生物质水热生物油。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质软模板包括农作物秸秆、树枝、锯末、稻糠、花生壳和甘蔗渣中的一种或几种。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质软模板的粒径为0.1~0.3mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预氧化的温度为250~350℃，保温时间为0.5~1.5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合炭化活化的温度为750~950℃，保温时间为1~3h。
7.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质软模板和液体碳源的质量比为1:3~6；所述液体碳源和氧化-活化剂的质量比为1:1~2；所述氧化-活化剂中钾元素和锰元素的摩尔比为1:1。
8.权利要求1~7任一项所述制备方法制备的生物质基活性炭，其特征在于，所述生物质基活性炭的孔
9.权利要求8所述生物质基活性炭在电极材料中的应用。
10.一种工作电极，其特征在于，包括基底材料和覆在所述基底材料上的生物质基活性炭、粘结剂和导电剂的混合物；
...【技术特征摘要】
1.一种生物质基活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热解焦油为生物质热解焦油；所述生物油为生物质水热生物油。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物质软模板包括农作物秸秆、树枝、锯末、稻糠、花生壳和甘蔗渣中的一种或几种。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述生物质软模板的粒径为0.1~0.3mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预氧化的温度为250~350℃，保温时间为0.5~1.5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合炭化活化的温度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚宗路，孙宇轩，赵立欣，霍丽丽，贾吉秀，赵亚男，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：
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