一種用生物蛋白制備摻氮的多孔炭材料的方法技術

本發明專利技術提供了一種用生物蛋白制備摻氮多孔炭材料的方法，主要包括以下步驟:1.將生物蛋白與酸或堿或鹽類溶液混合；2.干燥后的混合物在惰性氣體保護下碳化。3.加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.4-7后干燥，固體粉末為制備出摻氮多孔炭材料。本發明專利技術以廣泛易得的生物蛋白為原料，原料包括絲素蛋白，蛋清蛋白，大豆蛋白等，操作工藝簡單，方便控制、清潔環保，易于產業化實現。制備的摻氮多孔炭材料的比表面積大，灰分含量低且導電性好。該產品可以用于鋰離子電池、鋰硫電池、超級電容器等電極材料，捕獲二氧化碳，儲氫氣，催化劑載體，活性炭吸附劑，生物應用等各種領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術提供了，屬于多孔炭材料制備領域。
技術介紹
多孔炭主要是以各種果殼(椰子殼、杏殼、核桃殼等)、竹木肩、煤炭等高含碳物質為原料，通過熱解而得到的具有的吸附性能力強、孔道結構復雜、化學惰性好等優點的多孔結構的炭材料，廣泛的用于，1.氣相吸附，例如可用作甲烷，氫氣和天然氣的儲存；2.儲能器件的電極材料，例如鋰硫電池的正極材料，超級電容器電極材料，鋰離子電池負極材料，鋰空氣電池正極材料等；3.作為催化劑和催化劑載體的應用，例如在酯類的水解、煙道氣脫硫、電池中氧的去極化作用等領域，尤其是氧化還原反應。其中高表面積活性炭，提供良好反應中心和負載；4.臨床醫療應用，如癌癥治療，血液進化，口服緊急解毒藥等；5.液相吸附，例如，有機污染物和金屬離子的吸附等。多孔炭材料已經成為人們生活和國民經濟發展不可或缺的產品。雖然普通的多孔碳的已經廣泛的應用于各個領域，但由于它的結構和成分屬性決定其應用能力有限，仍然制約著碳材料的更廣泛的應用，而且在制備的過程中容易污染環境。生物蛋白，也稱生物活性蛋白，是蛋白質中25個天然氨基酸以不同組成和排列方式構成的從二肽到復雜的線性、環形結構的不同肽類的總稱，是源于蛋白質的多功能化合物。本專利技術以廣泛易得的生物蛋白為原料，原料包括絲素蛋白，蛋清蛋白，大豆蛋白等。更為重要的是生物蛋白中氮元素的含量約為16%，是良好的氮源，不僅資源豐富，而且價格低廉且可再生，摻氮的多孔炭材料作為功能化的多孔材料，比表面積、孔徑分布對性能有著重要的影響，目前我國存在活性炭生產缺乏孔徑分布調控手段、且氮元素的含量低、專一性應用不強等問題。本專利技術具有制備高比表面積摻氮的多孔炭材料的同時，對其微觀結構結構進行定向調控，有助于進一步提高并拓展多孔材料的專業應用，并且設計工藝過程簡單、清潔環保、易于產業化實現。
技術實現思路
本專利技術針對現有多孔炭材料制備方法存在的不足，提供一種以生物蛋白為原料的制備高比表面積、氮元素的含量和孔徑分布可調的制備方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的。，包括如下步驟:步驟一:將生物蛋白在自然條件下或低溫下與酸、堿、鹽類溶液中的一種混合；步驟二:將干燥后的混合物在惰性氣體保護下350°C?1900°C碳化。一是在微波裝置中，在300?2500W的功率下微波輻射，2?40分鐘，一是在碳化爐內活化10?800分鐘；步驟三:用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.4?7后干燥，制備出摻氮多孔炭材料。如說明書步驟一所述的制備摻氮的多孔炭材料的方法，其中制備摻氮的多孔炭材料的前驅體是生物蛋白，或者含有生物蛋白，或者用生物蛋白處理后的產品。如說明書所述的制備摻氮的多孔炭材料的方法中的步驟一，其中混合的溶液的選擇，包括酸性溶液例如，如磷酸氫氨，磷酸，磷酸二氫氨等。 如說明書所述的制備摻氮的多孔炭材料的方法中的步驟一，其中混合的溶液的選擇，包括堿性溶液例如，如氫氧化鉀溶液，碳酸鉀溶液，氫氧化鈉溶液，碳酸鈉溶液，氨水溶液等。如說明書所述的制備摻氮的多孔炭材料的方法中的步驟一，其中混合的溶液的選擇，包括鹽類溶液例如，如氯化鈣、氯化鋅、氯化鎂、氯化鐵等。步驟二所述碳化(生物蛋白)與不同物質(溶液)混合，其中物質(溶液)為酸性時，按其質量分數為大于0.1 %的酸在溫度(TC?100°C下浸漬I?100小時，所述的酸為一切酸性的試劑，即試劑的水溶液的PH值小于7，如磷酸，硫酸，硝酸，磷酸氫氨，磷酸二氫氨等。步驟二所述碳化(生物蛋白)與不同物質(溶液)混合，其中物質(溶液)為堿性時，所述的堿為一切堿性的試劑，即試劑的水溶液的PH值小于7，或者或者固體物質溶于溶劑后的PH值大于7ο如氫氧化鉀溶液，碳酸鉀溶液，氫氧化鈉溶液，碳酸鈉溶液，氨水溶液等。步驟二所述碳化(生物蛋白)與不同物質(溶液)混合，其中物質(溶液)為鹽類時，所述的鹽，如氯化鎂，氯化鋅，氯化鐵等以及他們的溶液。如說明書所述的制備摻氮的多孔炭材料的方法，其中制備的摻氮的多孔炭材料也包括在惰性氣體氛圍下直接碳化生物蛋白。如說明書所述的制備摻氮的多孔炭材料的方法，其中制備的摻氮的多孔炭材料也包括在水蒸氣或者二氧化碳等氣氛下直接碳化生物蛋白。有益效果1、本專利技術為一種制備摻氮多孔炭材料的方法，設計工藝過程簡單，清潔環保，方便控制、易于產業化實現；2、本專利技術提供了一種制備孔徑可調和高比表面積的摻氮多孔炭材料； 3、本專利技術所制備的材料可以被用于鋰空硫電池、鋰離子電池、鋰硫電池、超級電容器等電極材料，捕獲二氧化碳，儲甲烷氣體，儲氫氣，環境污染物的吸附劑，催化劑載體等各種領域。【附圖說明】圖1為本專利技術制備方法的流程示意圖；圖2為實施例1中所制備的摻氮的多孔炭材料的掃描電鏡(SEM)圖和透射電鏡(TEM)圖；圖3為施例制備的摻氮的多孔炭材料的氮氣吸附脫附曲線，孔徑分布曲線圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例對本專利技術做詳細說明。實施例1利用本專利技術的制備體系制備的摻氮多孔炭材料。步驟一:將絲素蛋白在自然條件下或低溫下與酸性的物質或者溶液中的一種混合；步驟二:將干燥后的混合物在惰性氣體保護下850°C碳化。步驟三:用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.4?7后干燥，制備出摻氮多孔炭材料。實施例2利用本專利技術的制備體系制備的摻氮多孔炭材料。步驟一:將大豆蛋白在自然條件下或低溫下與酸性的物質或者溶液中的一種混合；步驟二:將干燥后的混合物在惰性氣體保護下，在微波裝置中，在1000W的功率下微波福射40分鐘。步驟三:用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.4?7后干燥，制備出摻氮多孔炭材料。實施例3利用本專利技術的制備體系制備的摻氮多孔炭材料。步驟一:將絲素蛋白在自然條件下或低溫下與酸性的物質或者溶液中的一種混合；步驟二:將干燥后的混合物在惰性氣體保護下，管式化爐內碳化100分鐘。步驟三:用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.4?7后干燥，制備出摻氮多孔炭材料。實施例4利用本專利技術的制備體系制備的摻氮多孔炭材料。步驟一:將蛋清蛋白在自然條件下或低溫下與堿性的物質或者溶液中的一種混合；步驟二:將干燥后的混合物在惰性氣體當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用生物蛋白制備摻氮的多孔炭材料的方法，該方法包括：步驟一：將生物蛋白在自然條件下或低溫下與酸、堿、鹽類溶液中的一種混合；步驟二：將干燥后的混合物在惰性氣體保護下350℃～1900℃碳化。一是在微波裝置中，在300～2500W的功率下微波輻射,2～40分鐘，一是在碳化爐內活化10～800分鐘；步驟三：用加蒸餾水抽濾洗滌至PH值為6.4～7后干燥，制備出摻氮多孔炭材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹傳寶，侯建華，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11