本发明涉及多孔碳材料和超级电容器，具体涉及一种基于废弃灵芝多孔碳材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、在目前常见的超级电容器电极材料中，碳材料具有高比表面积、高电导率和孔径易调节的优点，但是，采用常规方法制备的多孔碳存在孔结构单一问题，该问题直接导致孔结构之间无法达到良好的协同效应，进而导致电化学性能不高，因此，制备碳材料时，需要针对碳材料原料的自身特点，进行具有针对性的材料微观孔结构调整，使其与电解液匹配才能获得满足应用要求的电化学材料。
2、常见的活化方法中，化学活化法是将样品和活化剂混合混匀后进行共热，使得活化剂和碳材料在高温下进行反应，反应过程中产生的一些气体起到造孔作用，形成孔结构。此类活化方法具有操作简单、活化时间短、得率高的优点，常用的活化剂有koh、h3po4和一些重金属盐。例如，现有文献1(xu,m.,huang,y.,chen,r.et al.green conversion ofganoderma lucidum residues to electrode materials for supercapacitors.advcompos hybrid mater 4,2021，1270-1280.)以灵芝残渣为原料，采用常规活化剂koh，基于常规活化处理方法得到多孔碳材料，获得多孔碳的比表面积为1347.7m2 g-1，当电流密度为1a g-1时，比电容为355-365f g-1的技术效果。该技术方案存在的技术问题是，所得多孔碳材料的微观形貌特点为孔结构单一，均为大孔结构，该结构特点直接导致无法提供更高的比表面积，不利于离子、电子的快速传输。
3、根据发明人的研究发现，导致上述技术问题的原因为，在采用生物质为原料时，所使用的活化方法，需要与生物质本身的结构特征相匹配。例如，现有文献2和现有文献3。
4、现有文献2：viengkham yang,raja arumugam senthil,et al.hierarchicalporous carbon derived from jujube fruits as sustainable and ultrahighcapacitance material for advanced supercapacitors.journal of colloid andinterface science.2020,347-356.
5、现有文献3：li yuanyuan,zheng kaiwen,et al.winter-jujube-derived carbonwith self-doped heteroatoms and a hierarchically porous structure for high-performance supercapacitors.rsc advances,2017,43356-43365.
6、上述两篇现有文献均以枣作为原料，但是，由于所采用的活化方式的差异，获得了不同的技术效果。具体为，现有文献2使用koh作为活化剂；而现有文献3使用naoh作为活化剂。通过对比发现，使用naoh活化后得到碳材料的形貌出现微孔结构，并且其比电容更高。使用koh活化无法有效改善和调节多孔碳的孔道结构，基本上多为大孔结构，结构单一，无法提供更高的比表面积，不利于离子、电子的快速传输。因此，采用naoh作为活化剂，可产生微孔与大孔共存的孔结构，实现碳材料多级多孔结构，提高比表面积，并且掺杂硫脲以此提供更多的活性物质，进而提高多孔碳材料的电化学性能。
7、因此，基于上述分析，发明人认为，需要针对灵芝自身的结构特征，采用特定的活化操作，才能获得技术效果的提高。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于废弃灵芝多孔碳材料及其制备方法和应用。灵芝自身含碳量较一般生物质高，孔结构较为缺乏，并且单一。而现有技术对灵芝的活化方法，由于未考虑废弃灵芝自身的结构特点，未充分考虑和研究新鲜灵芝和加工后废弃灵芝的结构特点，所以在水煮加热后，只采用了常规的活化方法，以koh作为活化剂，对灵芝的孔结构进行调节。基于上述问题和原因，本发明的基本原理为，先通过水煮加热，对(废弃)灵芝自身的孔径大小进行初步调节；再使用naoh溶液作为活化剂，形成微孔结构，丰富材料的孔道结构；同时，在活化剂中掺杂硫脲，增加活性物质，最终实习提高基于灵芝的生物质多孔碳材料的性能。
2、实现本发明目的的具体技术方案是：
3、一种基于废弃灵芝的多孔碳材料，以废弃的灵芝为碳源，采用预碳化与碱溶液处理的方法获得硫脲掺杂的前驱体，再经煅烧可制得多孔碳材料；
4、废弃灵芝多孔碳材料具有大孔和微孔共存的多孔结构，大孔尺寸为2-3μm，微孔尺寸为1-2nm。其比表面积为1600-1610m2 g-1，平均孔径大小为3.00-3.10nm，孔体积为1.10-1.20cm2g-1。
5、一种基于废弃灵芝多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1，废弃灵芝的加工，为了模拟废弃灵芝的加工处理，在一定条件下，将新鲜灵芝进行水煮，之后，以一定条件进行烘干，得到废弃灵芝；
7、所述步骤1中，水煮的条件为，水煮温度为90-100℃，水煮时间为10-12h；所述烘干的条件为，烘干温度为100-120℃；
8、步骤2，废弃灵芝的预碳化，在一定条件下，将废弃灵芝进行第一次煅烧，得到碳化后前驱体；
9、所述步骤2中，第一次煅烧的条件为，在氮气条件下，第一次煅烧温度为400-450℃，第一次煅烧时间为2-3h；
10、步骤3，碳化后前驱体的活化，首先，以步骤2所得碳化后前驱体、naoh和硫脲满足一定质量比，将碳化后前驱体、naoh、硫脲置于去离子水中，得到混合物，然后，以一定条件，将混合物进行搅拌，搅拌完毕后，以一定条件进行烘干，得到活化后前驱体；
11、所述步骤3中，碳化后前驱体、naoh和硫脲的质量比为(0.5-1)：(2-2.5)：(0.1-0.2)；
12、所述步骤3中，搅拌的条件为，搅拌时间为12-24h；烘干的条件为，烘干温度为90-100℃；
13、步骤4，活化后前驱体的煅烧，在一定条件下，将步骤3所得活化后前驱体进行第二次煅烧，煅烧完毕后，以hcl溶液对煅烧产物洗涤，以一定条件进行烘干并研磨，即可得到基于废弃灵芝的多孔碳材料，简称多孔碳1。
14、所述步骤4中，第二次煅烧的条件为，在氮气条件下，第二次煅烧温度为700-750℃，第二次煅烧时间为2-3h；
15、所述步骤4中，洗涤的条件为，hcl溶液的浓度为1-2mol l-1，洗涤完毕的条件为，洗涤至中性；烘干的条件为，烘干温度为60-70℃。
16、一种基于废弃灵芝的多孔碳材料作为超级电容器的电极材料的应用，当电流密度为0.5ag-1时，比电容为356-366f g-1。
17、本发明所得的废弃灵芝多孔碳材料有益技术效果经实验检测，结果如下：
18、多孔碳材料经xrd测试表明，图谱出现石墨形态的特征峰，对应石墨结构的(002)晶面，证明此材料为碳材料。
19、多孔碳材料经ft-ir测试表明，水煮对灵芝的官能团种类没有影响，只是使各个官能团的吸收峰强度都增强了，提高了无定形碳的转化率。
20、多孔碳材料经sem测试表明，该材料呈现出大孔和微孔共存的多孔结构，说明在反应过程中发生了两次造孔。
21、多孔碳材料经bet测试表明，该材料的比表面积为1600-1610m2 g-1，平均孔径大小为3.00-3.10nm，孔体积为1.10-1.20cm2 g-1。
22、多孔碳材料经水煮测试表明，水煮使生物质材料的微观形貌由微孔结构转变为大孔结构，比表面积、孔径和孔体积也均增大。
23、多孔碳材料经电化学测试表明，当电流密度为0.5a g-1时，比电容的值在356-366fg-1。
24、因此，本发明的基于废弃灵芝的多孔碳材料对于现有技术，具有以下优点：
25、1、采用废弃灵芝，经过水煮加热后，其比表面积、孔体积、平均孔径大小均增大，电化学性能也得到提升；
26、2、以生物质材料和硫脲相结合，增加活性物质的存在；
27、3、以naoh溶液为活化剂，实现二次造孔，对孔结构进行调节。
28、4、naoh粉末比koh片状固体价格低，减少成本。
1.一种基于废弃灵芝的多孔碳材料，其特征在于：以废弃的灵芝为碳源，采用预碳化与碱溶液处理的方法获得硫脲掺杂的前驱体，再经煅烧可制得多孔碳材料。
2.根据权利要求1所述基于废弃灵芝的多孔碳材料，其特征在于：废弃灵芝多孔碳材料具有大孔和微孔共存的多孔结构，大孔尺寸为2-3μm，微孔尺寸为1-2nm。其比表面积为1600-1610m2 g-1，平均孔径大小为3.00-3.10nm，孔体积为1.10-1.20cm2 g-1。
3.一种基于废弃灵芝多孔碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，水煮的条件为，水煮温度为90-100℃，水煮时间为10-12h；所述烘干的条件为，烘干温度为100-120℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，第一次煅烧的条件为，在氮气条件下，第一次煅烧温度为400-450℃，第一次煅烧时间为2-3h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，碳化后前驱体、naoh和硫脲的质量比为(0.5-1)：(2-2.5)：(0.1-0.2)；
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4中，第二次煅烧的条件为，在氮气条件下，第二次煅烧温度为700-750℃，第二次煅烧时间为2-3h；
8.一种基于废弃灵芝的多孔碳材料作为超级电容器的电极材料的应用，其特征在于：当电流密度为0.5a g-1时，比电容为356-366f g-1。
