一種高性能固態(tài)儲氫材料的制備方法及應用

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

背景技術(shù)：

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

2、金屬有機框架(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際應用中的廣泛使用；

3、生物碳作為一種已廣泛應用于商業(yè)化氫氣儲存的材料，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，且其在實際應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)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高性能固態(tài)儲氫材料的制備方法及應用，采用工藝簡單、綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效的方法制備出高比表面積的mofs@松木屑復合碳基質(zhì)，該mofs@松木屑復合碳基質(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)儲氫材料，該固態(tài)儲氫材料為zif-8@松木屑復合碳基質(zhì)。

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

5、s1：將生物質(zhì)進行酸洗處理，用去離子水洗至中性后烘干備用；

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

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

8、s4：待惰性保護氣氛下完成活化反應，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24h；

11、s7：利用甲醇溶液進行洗滌，真空干燥。

12、一種高性能固態(tài)儲氫材料的應用，該應用用于對上述的固態(tài)儲氫材料在儲氫領(lǐng)域中進行應用。

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、可調(diào)控比表面積和孔道結(jié)構(gòu)，在溫度77k、壓力60bar時mofs@松木屑復合碳基質(zhì)的儲氫容量≧5.76wt％，達到美國能源部規(guī)定的固態(tài)儲氫材料儲氫質(zhì)量標準。同時所使用原料來源豐富、工藝簡單、成本低廉，易于實現(xiàn)規(guī)?；苽洌瑸榇龠M固態(tài)儲氫產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)?；峁┬滤悸罚?/p>

15、且充分利用低密度、高孔隙率和良好機械穩(wěn)定性的廢棄生物質(zhì)碳材料，為金屬有機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，從而實現(xiàn)了高比表面積和三維多級孔結(jié)構(gòu)的金屬有機框架@松木屑復合碳基質(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)展新型綠色氫氣儲存復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)儲氫材料，其特征在于，該固態(tài)儲氫材料為zif-8@松木屑復合碳基質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)儲氫材料，其特征在于：所述zif-8@松木屑復合碳基質(zhì)包括有三維互聯(lián)的多級孔結(jié)構(gòu)，復合碳基質(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任意一項所述的固態(tài)儲氫材料，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中的化學活化劑為koh或naoh中的任意一種，且所述化學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活化反應中溫度為800℃，保溫時間為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中的惰性保護氣氛為氮氣、氬氣或氦氣中的任意一種。

9.一種高性能固態(tài)儲氫材料的應用，其特征在于：該應用用于對權(quán)利要求1-2任意一項所述的固態(tài)儲氫材料在儲氫領(lǐng)域中進行應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于MOFs@生物質(zhì)復合碳基質(zhì)制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能固態(tài)儲氫材料的制備方法及應用，該高性能固態(tài)儲氫材料，該固態(tài)儲氫材料為ZIF?8@松木屑復合碳基質(zhì)；該高性能固態(tài)儲氫材料的制備方法，制備方法包括S1：將生物質(zhì)進行酸洗處理，用去離子水洗至中性后烘干備用；S2：在惰性保護氣氛下，將S1中得到的生物質(zhì)進行碳化處理，得到碳前驅(qū)體；S3：將S2得到的碳前驅(qū)體與化學活化劑研磨混合后裝入自制反應器內(nèi)，待排出反應器內(nèi)所有空氣后密封，進行活化反應。本發(fā)明采用工藝簡單、綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效的方法制備出高比表面積的MOFs@松木屑復合碳基質(zhì)，該MOFs@松木屑復合碳基質(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
受保護的技術(shù)使用者：寧夏大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9