一种生物炭-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用与流程

本申请属于碳材料，尤其涉及一种生物炭-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着技术的发展，在材料科学领域，科研人员从传统的炭，逐渐发现了石墨、石墨烯以及碳纳米管等碳材料，这些碳材料具有不同的结构和性能，根据碳材料具有的导电性、化学稳定性以及表面活性等性能，碳材料可在电缆、储能器件、电子器件、催化剂、生物医药等领域中应用，探索合成不同的碳材料，并调控碳材料的性能，有利于拓展碳材料的应用领域，推动科学技术进步和促进社会经济发展。

2、秸秆、各种树木纤维素等植物类生物质，是一种可再生、环保的材料资源，具备丰富的来源和低成本等优势；植物类生物质可用于合成碳材料中的生物炭，目前利用植物类生物质合成生物炭的主要方式是将植物类生物质进行加热炭化，以制备得到生物炭，利用植物类生物质合成生物炭在改良土壤、提高资源利用效率以及解决特定环境污染等方面具有巨大潜力；然而将植物类生物质进行加热炭化制备得到的生物炭导电性能等性能不佳，难以应用在电缆、储能器件等技术领域，因此，目前利用植物类生物质合成的碳材料导电性较差，有必要对植物类生物质合成碳材料的方法进行进一步的探究，以合成性能更好的碳材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种生物炭-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，用于解决现有技术中利用植物类生物质无法合成导电性能较好的碳材料的技术问题。

2、本申请第一方面提供了一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，制备方法包括：

3、步骤s1、将植物类生物质浸泡在过渡金属盐溶液中，干燥得到预处理植物类生物质；

4、步骤s2、将预处理植物类生物质置于惰性气氛中，加热炭化得到负载过渡金属催化剂前驱体的生物炭；

5、步骤s3、将负载过渡金属催化剂前驱体的生物炭置于惰性气氛中，通入还原气氛进行加热反应得到负载过渡金属催化剂的生物炭

6、步骤s4、将负载过渡金属催化剂的生物炭置于惰性气氛中，通入还原气氛和碳源气氛进行加热反应得到生物炭-碳纳米管复合材料。

7、优选的，步骤s1中，所述金属盐溶液选自硝酸铁、硝酸镍以及硝酸钴溶液。

8、优选的，步骤s1中，所述金属盐溶液的浓度为0.10~0.30mol/l。

9、优选的，步骤s2中，惰性气氛为氩气，所述加热炭化的温度为700~900℃，时间为1~3h。

10、优选的，步骤s3中，通入还原气氛为通入氢气、一氧化碳或一氧化硫，流量为5~20sccm；

11、加热反应的温度为700~800℃，时间为20~40 min。

12、优选的，步骤s4中，通入还原气氛为通入氢气、一氧化碳或一氧化硫，流量为5~20sccm；

13、通入碳源气氛为通入乙炔、乙烯或丙烯，流量为20~40 sccm；

14、加热反应的温度为700~800℃，时间为60~120 min。

15、优选的，步骤s1中，所述植物类生物质为秸秆、花生壳或树木。

16、优选的，步骤s2~s4中，惰性气氛为流量为100~200 sccm的氩气。

17、优选的，步骤s1中，金属盐溶液选自硝酸镍溶液；

18、步骤s2中，所述加热炭化的温度为800℃，时间为2 h；

19、步骤s3中，通入还原气氛为通入氢气，流量为10 sccm，加热反应温度为750℃；

20、步骤s4中，通入还原气氛为通入氢气，流量为10 sccm；

21、通入碳源气氛为通入乙炔，流量为30 sccm；

22、加热反应温度为750℃。

23、本申请第二方面提供了一种生物炭-碳纳米管复合材料，由第一方面所述制备方法制备得到。

24、本申请第三方面提供了第一方面所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料在电缆或储能器件领域中的应用。

25、综上所述，本申请提供了一种生物炭-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，本申请提供的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法先采用过渡金属盐溶液预处理植物类生物质之后，依次进行加热炭化、生成过渡金属催化剂以及原位合成碳纳米管，从而得到生物炭-碳纳米管复合材料；与植物类生物质加热炭化合成的生物炭相比，本申请提供的制备方法合成的生物炭-碳纳米管复合材料中生物炭及其表面原位生长的碳纳米管可以形成三维网络结构，缺陷程度小，电阻率低，导电性能更优越，从而解决了现有技术中利用植物类生物质无法合成导电性能较好的碳材料的技术问题。

技术特征：

1.一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述金属盐溶液选自硝酸铁、硝酸镍以及硝酸钴溶液。

3.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，惰性气氛为氩气，所述加热炭化的温度为700~900℃，时间为1~3h。

4.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，通入还原气氛为通入氢气、一氧化碳或一氧化硫，流量为5~20 sccm；

5.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，通入还原气氛为通入氢气、一氧化碳或一氧化硫，流量为5~20 sccm；

6.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述金属盐溶液的浓度为0.10~0.30 mol/l。

7.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述植物类生物质为秸秆、花生壳或树木。

8.根据权利要求1所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2~s4中，惰性气氛为流量为100~200 sccm的氩气。

9.一种生物炭-碳纳米管复合材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的一种生物炭-碳纳米管复合材料在电缆或储能器件领域中的应用。

技术总结本申请属于碳材料技术领域，尤其涉及一种生物炭‑碳纳米管复合材料及其制备方法和应用；本申请提供的生物炭‑碳纳米管复合材料的制备方法，将秸秆等植物类生物质浸泡在硝酸镍等过渡金属盐溶液中，干燥之后依次进行加热炭化、生成过渡金属催化剂以及原位合成碳纳米管，从而得到生物炭‑碳纳米管复合材料；与植物类生物质加热炭化合成的生物炭相比，本申请提供的制备方法合成的生物炭‑碳纳米管复合材料中生物炭及其表面生长的碳纳米管可以形成三维网络结构，缺陷程度小，电阻率低，导电性能更优越，从而解决了现有技术中利用植物类生物质无法合成导电性能较好的碳材料的技术问题。技术研发人员：韩卓展,李濛,黄嘉盛,张滔,刘源,张飞,刘子瑜,徐涛受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局技术研发日：技术公布日：2024/8/20