技术摘要：
本发明提供了一种石墨烯泡沫的制备方法，包括以下步骤：将生物质热解，得到的热解气经冷凝后，得到气体混合物；将所述气体混合物净化后气相沉积在催化剂衬底上，去除催化剂衬底，得到石墨烯泡沫。本发明还提供了一种石墨烯泡沫的制备装置。本发明提供的方法以生物质为  全部
背景技术：
石墨烯具有高的电子传输速率、优异的导热性和渗透性，因此在能量存储和转换、 水裂解、纳米器件、环境和绿色化学、催化、生物传感器和生物治疗等领域受到了广泛的关 注。到2016年为止，已经有超过14000种石墨烯专利被注册，并且数量还在逐年增加。从2015 年到2020年，全球石墨烯市场预计将保持42.8％的增长率，到2020年将达到2.847亿美元。 目前，在金属基底上进行化学气相沉积被认为是一种大规模合成三维石墨烯产品 的常用技术，但是该方法需要使用大量的氢气、甲烷气、乙炔气或其他纯净化学物质，因此 该方法的成本很高，并且具有潜在的风险，安全性较差。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯泡沫的制备方法及装置，本发明提 供的方法原料简单易得，过程安全易操作，制备的石墨烯具有优异性能。 本发明提供了一种石墨烯泡沫的制备方法，包括以下步骤： 将生物质热解，得到的热解气经冷凝后，得到气体混合物； 将所述气体混合物净化后气相沉积在催化剂衬底上，去除催化剂衬底，得到石墨 烯泡沫。 生物质是一种富含碳的并且可再生的原料，通常在惰性气氛中快速热解来生产生 物油。然而，生物油在实际应用前通常需要进一步加工，这一步骤的成本影响了生物质热解 技术的商业化。利用生物质热解制备高价值产品被认为是提高其经济竞争力的重要途径。 当前，更多的研究主要集中在生物油的升级上，忽略了生物质热解过程中产生的大量气态 产物(超过原料碳的20％)的利用。热解产生的气体包含大量的小分子碳氢化合物，氢和碳 氧化物，它们通常被认为是毫无价值的，在生物质热解过程中进行处理后排出。本发明人认 为这种混合气体可进一步用于生产高价值产品，以改善生物质热解的经济效益和可持续 性。另外，生物质热解中产生的余热可用于部分抵消这种制造过程中的能量消耗。 基于此，本发明以生物质为原料，将其快速热解后，将得到的生物油冷凝，不冷凝 气体经过净化后作为气相沉积石墨烯泡沫的碳源，能够得到石墨烯泡沫。本发明提供的方 法以生物质为原料，原料简单易得，过程安全易操作，制备的石墨烯具有优异性能，而且能 够有效利用生物质热解产生的余热。 本发明首先将生物质进行热解，优选为快速热解，具体为将生物质加入到预热至 热解温度的反应器中，使生物质迅速热解，得到生物炭和气体产物。在本发明中，所述生物 质包括但不限于木质素、纤维素、锯末或秸秆等。 作为优选，在反应器中加入生物质之前，对反应器进行除氧处理，具体为向反应器 3 CN 111573656 A 说　明　书 2/6 页 中通入氮气去除反应器中残留的空气，通氮气的时间优选为20～40min。 在本发明的一个实施例中，所述生物质热解的温度为700～1000℃。在本发明的一 个实施例中，所述生物质热解的温度为800℃。 生物质热解之后，将得到的气态产物进行冷凝，得到生物油和不冷凝的气体混合 物。本发明对所述冷凝没有限制，可以为自然冷却。 得到不冷凝的气体混合物后将其进行净化处理，得到较为纯净的气体混合物。具 体的，将所述气体混合物净化包括： 将所述气体混合物经过碱吸收液和分子筛净化处理。 在一个实施例中，所述碱吸收液的浓度为30wt％～50wt％。在一个实施例中，所述 碱吸收液的浓度为40wt％。 在一个实施例中，所述碱吸收液选自氢氧化钠吸收液或氢氧化钾吸收液。 在一个实施例中，所述分子筛选自4A分子筛。 本发明对所述经过碱吸收液和分子筛净化处理的顺序没有限制，可以先经过碱吸 收液处理再经过分子筛处理，也可以先经过分子筛处理再经过碱吸收液处理，还可以同时 经过碱吸收液和分子筛处理。 净化后，得到的气体混合物即可作为碳源在催化剂衬底上气相沉积，去除催化剂 衬底后，即可得到石墨烯泡沫。 以所述净化后的气体混合物作为碳源进行气相沉积，可以在常压的条件下操作， 温度为800～1200℃，优选为950℃。 在本发明中，所述催化剂衬底可以为泡沫镍，气相沉积之前，将所述泡沫镍进行预 处理，气相沉积之后，在盐酸中洗去泡沫镍，即可得到三维石墨烯泡沫。 在本发明中，将所述泡沫镍进行预处理具体为将泡沫镍置于丙酮中超声清洗20～ 40min。 本发明还提供了一种石墨烯泡沫的制备装置，包括： 生物质热解装置； 与生物质热解装置的气体出口相连通的冷凝装置； 与所述冷凝装置的气体出口相连通的净化装置； 与所述净化装置的气体出口相连通的气相沉积装置。 本发明提供的石墨烯泡沫的制备装置包括生物质热解装置，用于将生物质原料快 速热解。具体而言，所述生物质热解装置可以为包括原料入口和气体出口的石英管反应器。 本发明提供的制备装置还包括冷凝装置，用于将热解后的气体产物进行冷凝。具 体而言，所述冷凝装置可以为生物质热解装置和净化装置之间的管道，在传输的同时冷凝。 本发明提供的制备装置包括净化装置，用于对不冷凝的气体混合物进行净化。在 一个实施例中，所述净化装置内设置有碱吸收液和分子筛，不冷凝的气体混合物经过碱吸 收液和分子筛后得到净化，剩余小分子气体。 本发明提供的制备装置还包括气相沉积装置，用于以净化后的气体作为碳源在催 化剂衬底上进行沉积，获得石墨烯泡沫。 本发明以生物质为原料，将其快速热解后，将得到的生物油冷凝，不冷凝气体经过 净化后作为气相沉积石墨烯泡沫的碳源，能够得到石墨烯泡沫。本发明提供的方法以生物 4 CN 111573656 A 说　明　书 3/6 页 质为原料，利用了生物质热解产生的尾气，避免了尾气排放造成的大气污染，不仅原料简单 易得，过程安全易操作，制备的石墨烯具有优异性能，而且能够有效利用生物质热解产生的 余热。实验结果表明，本发明提供的制备方法制备得到的石墨烯泡沫具有良好的电子传输 性能和吸附性能。 附图说明 图1为本发明提供的生物质热解技术制备石墨烯泡沫的原理示意图； 图2是本发明实施例1制备的三维石墨烯泡沫的扫描电镜图； 图3是本发明实施例1制备的三维石墨烯泡沫的透射电镜图及选定区域电子衍射 图； 图4是本发明实施例1制备的三维石墨烯泡沫的高分辨电镜图； 图5为实施例1制备的石墨烯泡沫的电流电压曲线； 图6为实施例1制备的石墨烯在-73℃到27℃温度范围内的电导率图； 图7为本发明实施例1制备的三维石墨烯泡沫对各种有机液体的吸附能力； 图8是本发明实施例2制备的三维石墨烯泡沫的扫描电镜图； 图9是本发明实施例2制备的三维石墨烯泡沫的透射电镜图及其选定区域电子衍 射图； 图10是本发明实施例2制备的三维石墨烯泡沫的高分辨电镜图； 图11为实施例2制备的石墨烯泡沫的电流电压曲线； 图12是本发明实施例3制备的三维石墨烯泡沫的扫描电镜图； 图13是本发明实施例3制备的三维石墨烯泡沫的透射电镜图及其选定区域电子衍 射图； 图14是本发明实施例3制备的三维石墨烯泡沫的高分辨电镜图； 图15为实施例3制备的石墨烯泡沫的电流电压曲线； 图16是本发明实施例4制备的三维石墨烯泡沫的扫描电镜图； 图17是本发明实施例4制备的三维石墨烯泡沫的透射电镜图及其选定区域电子衍 射图； 图18是本发明实施例4制备的三维石墨烯泡沫的高分辨电镜图。