一种烟草废物高价值转化再利用的方法

1.本发明属于废弃生物质资源化利用领域，尤其涉及一种烟草废物高价值转化再利用的方法。


背景技术：

2.超级电容器在现代储能系统构建中的关注度越来越高，其在兼容新能源和常规能源的大电网建设和源网荷储结构一体化中起到关键的作用，这就对超级电容器的储能能力提出了更高的要求。
3.超级电容器的储能能力与电极材料密切相关。超级电容器电极材料主要包含活性碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物或金属氢氧化物等。活性碳材料主要用于双层电容器电极材料的制备，过渡金属氧化物或导电聚合物则主要用于制备赝电容器。研究发现赝电容器的能量和功率密度比双电层电容器更高，但是在氧化还原反应过程中容易出现形貌坍塌进而导致稳定性变差，且过渡金属的成本也偏高，而活性碳材料可以由生物质碳化然后改性得到，成本低廉且形貌更加稳定，将两者结合起来就可以获得兼具高比电容和高稳定性的电容器材料。利用金属氧化物制备超级电容器电极材料往往是在高温高压下在碳基底上直接进行氧化反应生长金属膜层，该反应的工艺复杂性高，反应过程可控性差，消耗的电能也较大，能量利用率低；而将过渡金属的氢氧化物与多孔碳复合的方法目前主要有化学气相沉积、电化学沉积或是电镀等，这些方法通常也需要巨大的能量，并且复合的均匀性易受工艺影响。水热法可在较低的温度和能耗下实现碳材料和杂元素的掺杂以及碳材料和其他化合物的复合，通过该方法制备的材料均一可控，被认为是绿色经济的途径之一。
4.烟草在加工过程中不可避免产生大量的烟草废弃物，且其富含蛋白质、氨基酸等高含氮化合物，碳、氮元素含量丰富，是一种适合制备成超级电容器所需的生物碳电极的前驱体材料。结合水热反应对其进行有效处理和结构调整，促使其转化为孔隙丰富和电化学性能优良的材料，对超级电容器电极材料的发展有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中的不足，提供一种烟草废物高价值转化再利用的方法。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，具体包括以下具体步骤：
8.s1、烟草废弃物质的预处理：
9.选取烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质，洗净，烘干，破碎，获得预处理烟草废物粉末；
10.s2、配置烟草混合溶液：
11.将固态氮源和硼源物质加入到足量的去离子水中，搅拌制备成浓度为1～3mol/l的混合溶液，将步骤s1中得到的预处理烟草废物粉末浸入混合溶液，搅拌后浸渍12h，获得烟草混合溶液；
12.s3、制备氮硼共掺杂生物碳材料：
13.将所述步骤s2中得到的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，加热时长为4～6h，反应结束后进行过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳；
14.s4、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料：
15.将步骤s3中得到的氮硼共掺杂生物碳和纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨
16.30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，对反应物进行活化，活化后在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；
17.将未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入酸溶液进行煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳；
18.s5、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料：
19.将锌盐溶解在去离子水中制备锌盐溶液，将步骤s4中得到的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将浓碱溶液喷淋进混合溶液的同时对其进行搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
20.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
21.进一步地，在所述步骤s1中，烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质生长时长在120天以上。
22.进一步地，在所述步骤s2中，所用的氮源为季氨碱，所用的硼源为硼氢化钾，季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1～1:2，预处理烟草废物粉末与季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1～1:1.5。
23.进一步地，在所述步骤s3中，加热温度为150～190℃。
24.进一步地，在所述步骤s4中，氮硼共掺杂生物碳与纳米碳酸钙的质量比为1:1～1:3。
25.进一步地，在所述步骤s4中，管式炉的升温速率为10℃/min，活化温度为500～700℃，活化时间1～2h。
26.进一步地，在所述步骤s4中，酸溶液为0.5mol/l的稀盐酸溶液，煮洗时间为2～4h。
27.进一步地，在所述步骤s5中，锌盐为氯化锌，浓碱溶液为氢氧化钾溶液，其中碳、锌、钾元素的摩尔比为1:1:2。
28.本发明的有益效果是：
29.(1)本发明采用烟草废弃物作为前驱体，原料来源广泛，成本低廉，且富含丰富的碳、氮元素，利用该原料制备得到的生物碳品质量优秀且有利于杂原子的掺杂；
30.(2)本发明使用的季氨碱和硼氢化钾都呈碱性，便于催化烟草水热反应，有利于氮硼交联嵌入多孔碳，改善氮掺杂多孔碳的稳定性，并提高其赝电容；
31.(3)本发明充分利用纳米碳酸钙的立体和纳米微粒结构，结合生物碳活化处理工艺，提高了电极材料的比表面积等电化学参数。
32.(4)在烟草基多孔碳材料与氢氧化物复合过程中，本发明采用浓碱喷雾沉积的方式，可以节省大量能源，在常温常压的环境下实现多孔碳和金属氢氧化物的均匀复合，制备出同时具有高能量密度和高稳定性的超级电容器电极材料。
具体实施方式
33.现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
34.实施例1
35.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
36.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
37.步骤s2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸渍12h，获得烟草混合溶液。
38.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为150℃，加热时长为4h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
39.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和200g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在500℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
40.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
41.测试方法：为分析电极材料的电化学特性，将电极材料制备成工作电极。首先将电极材料与乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比8∶1∶1均匀混合，然后将混合物均匀涂敷在泡沫镍上，在10mpa下压制成电极片，采用chi660e电化学工作站进行测试。测试条件为∶选用hg/hgo为参比电极，铂片为对电极，6mol/l的koh溶液为电解质，电压范围为0.2～0.4v，电化学阻抗谱频率10-2
～10
°
hz(交流电压5mv)。
42.经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比电容量415.1f/g，经过5000次循环后比电容量保持在365.4f/g。
43.实施例2
44.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
45.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
46.步骤s2、将100g季铵碱和200g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸
渍12h，获得烟草混合溶液。
47.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为150℃，加热时长为6h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
48.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和200g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在500℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
49.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
50.该实施例的测试方法同实施例1，经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比电容量为443.4f/g，经5000次循环后比电容量保持在395.2f/g。
51.实施例3
52.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
53.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
54.步骤s2、将100g季铵碱和200g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸渍12h，获得烟草混合溶液。
55.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为190℃，加热时长为6h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
56.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和600g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在500℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
57.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
58.该实施例的测试方法同实施例1，经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比
电容量452.6f/g，经5000次循环后比电容量保持在391.5f/g。
59.实施例4
60.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
61.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
62.步骤s2、将100g季铵碱和200g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸渍12h，获得烟草混合溶液。
63.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为190℃，加热时长为6h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
64.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和600g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在700℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
65.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
66.该实施例的测试方法同实施例1，经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比电容量保持505.1f/g，经5000次循环后比电容量保持在416.3f/g。
67.实施例5
68.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
69.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
70.步骤s2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸渍12h，获得烟草混合溶液。
71.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为170℃，加热时长为4h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
72.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和600g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在500℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却
至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
73.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
74.该实施例的测试方法同实施例1，经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比电容量424.1f/g，经过5000次循环后比电容量保持在383.2f/g。
75.实施例6
76.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
77.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
78.步骤s2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸渍12h，获得烟草混合溶液。
79.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为150℃，加热时长为4h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
80.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和200g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在600℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
81.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
82.该实施例的测试方法同实施例1，经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比电容量443.1f/g，经过5000次循环后比电容量保持在398.2f/g。
83.实施例7
84.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，包括废弃物质的预处理、配置烟草混合溶液、制备氮硼共掺杂生物碳材料、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料五个步骤。
85.步骤s1、采用去离子水将200g生长时间为120天以上的烟叶茎杆和低次烟叶等废
弃物质清洗干净后烘干、破碎至寸小于40目，获得预处理的烟草废物粉末。
86.步骤s2、将100g季铵碱和100g硼氢化钾加入到足量的去离子水中，同时电磁搅拌30min制备混合溶液，将所述的预处理的烟草废物粉末浸入混合溶液，电磁搅拌30min后浸渍12h，获得烟草混合溶液。
87.步骤s3、将所述的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，温度设为150℃，加热时长为4h，反应结束后进行真空过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳。
88.步骤s4、将所述的氮硼共掺杂生物碳和400g纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，使用10℃/min的升温速率，将反应物维持在500℃的活化温度，活化1h后，在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将所述未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入浓度为0.5mol/l的稀盐酸溶液进行时长为2h的煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳。
89.步骤s5、用去离子水将70g纯度80％的氢氧化钾和85g纯度80％的氯化锌制备成溶液，将所述的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液的同时对其电磁搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。
90.该实施例的测试方法同实施例1，经循环伏安测试可知在0.5a/g的电流密度下比电容量457.1f/g，经过5000次循环后比电容量保持在416.2f/g。
91.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：s1、烟草废弃物质的预处理：选取烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质，洗净，烘干，破碎，获得预处理烟草废物粉末；s2、配置烟草混合溶液：将固态氮源和硼源物质加入到足量的去离子水中，搅拌制备成浓度为1～3mol/l的混合溶液，将步骤s1中得到的预处理烟草废物粉末浸入混合溶液，搅拌后浸渍12h，获得烟草混合溶液；s3、制备氮硼共掺杂生物碳材料：将所述步骤s2中得到的烟草混合溶液倒入高压反应釜中，密闭后进行加热，加热时长为4～6h，反应结束后进行过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳；s4、制备烟草基氮硼掺杂多孔碳材料：将步骤s3中得到的氮硼共掺杂生物碳和纳米碳酸钙粉末混合后放入球磨机中研磨30min，之后将研磨后的混合粉末放入电阻式管式炉中，在惰性气体氛围下，对反应物进行活化，活化后在惰性气体气氛下自然冷却至室温，得到未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳；将未去除模板的烟草基氮硼掺杂多孔碳放入到100℃去离子水中并加入酸溶液进行煮洗，取出后用去离子水洗涤至中性，得到烟草基氮硼掺杂多孔碳；s5、制备金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料：将锌盐溶解在去离子水中制备锌盐溶液，将步骤s4中得到的烟草基氮硼掺杂多孔碳干燥研磨处理后，在锌盐溶液中进行超声分散，对混合溶液进行加热处理之后，将浓碱溶液喷淋进混合溶液的同时对其进行搅拌，待溶液的ph值达到7～8时停止加热和搅拌，对产物进行过滤洗涤干燥后，得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s1中，烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质生长时长在120天以上。3.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所用的氮源为季氨碱，所用的硼源为硼氢化钾，季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1～1:2，预处理烟草废物粉末与季氨碱和硼氢化钾的质量比为1:1～1:1.5。4.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s3中，加热温度为150～190℃。5.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s4中，氮硼共掺杂生物碳与纳米碳酸钙的质量比为1:1～1:3。6.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s4中，管式炉的升温速率为10℃/min，活化温度为500～700℃，活化时间1～2h。7.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s4中，酸溶液为0.5mol/l的稀盐酸溶液，煮洗时间为2～4h。8.根据权利要求1所述的一种烟草废物高价值转化再利用的方法，其特征在于，在所述步骤s5中，锌盐为氯化锌，浓碱溶液为氢氧化钾溶液，其中碳、锌、钾元素的摩尔比为1:1:2。

技术总结
本发明公开了一种烟草废物高价值转化再利用的方法。采用去离子水对烟叶茎杆和低次烟叶废弃物质清洗干净后烘干、破碎后，获得预处理的烟草废物粉末；将预处理的烟草废物粉末加入到含有固态氮源和硼源的去离子水中，配置获得烟草混合溶液；将烟草混合溶液倒入高压反应釜中加热后进行过滤、烘干得到氮硼共掺杂生物碳；混合纳米碳酸钙粉末和氮硼共掺杂生物碳制备并后续利用盐酸溶液清洗去除碳酸钙模板得到烟草基氮硼掺杂多孔碳；最后，将氢氧化钾溶液喷淋进混合溶液中，过滤洗涤干燥后制备得到金属氢氧化物/烟草废物基氮硼掺杂多孔碳复合电极材料，利用该方法制备的超级电容器电极具有成本低廉、比电容大、稳定性良好的优势。稳定性良好的优势。


技术研发人员：李硕 陈祥 程陈 吴宇阳 陈政权 郭淑青
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8