[发明专利]一种用于储能材料的导电聚吡咯/木质素衍生物复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电聚合物/木质素衍生物复合物的制备方法，具体地说，涉及一种用于储能（电极）材料的导电聚吡咯/木质素磺酸盐复合物的制备方法。

背景技术

作为地球上最丰富的可再生资源之一，木质素（Lignin）广泛分布于具有羊齿类植物及更高等植物中，是裸子植物和被子植物所特有的化学成分；与纤维素和半纤维素构成植物的基本骨架。木质素是以苯丙烷为基本单位以非线形的，随机方式连接组成的复合体。其三种主要单体为香豆醇、松柏醇和芥子醇（陈洪章．纤维素生物技术．北京：化学工业出版社，2005）。

木质素含有丰富的甲氧基和羟基，甲氧基在苯环上相当稳定，是木质素的特征官能团之一。羟基分为两种：一种是存在于木质素结构单位侧链上的脂肪醇羟基；另一种是存在于苯环中的酚羟基，酚羟基是影响木质素物理化学性质的主要参数之一。

木质素是木材水解工业和制浆造纸工业的副产物，具有优良的物理化学特性，若得不到充分利用，不仅造成严重的环境污染，而且造成资源的重大浪费。随着绿色化学的兴起，循环经济和可持续发展战略的提出，解决大量生产纤维素同时产生的大量木质素及其衍生物的污染问题已经迫在眉睫。由于木质素是高度交联的多酚羟基聚合物，而造纸工业中的副产物多带有磺酸基团，故每年将产生大量的木质素磺酸盐。

含有丰富苯酚基团的木质素衍生物，通过氧化过程可以进一步转化为醌类化合物。三种主要木质素氧化前后的化学结构如下所示(G.Milczarek,Olle,Science,2012,vol335，1468-1471)：

显然，在氧化/还原过程中，木质素中的醌基可用于电子和质子的存储与交换。如果将木质素衍生物与具有电子和离子导电性的电活性材料相结合，并利用醌基的氧化/还原特性，有望获得高性能的储能材料。

导电聚合物是近几十年发展起来的新型功能性聚合物材料。由于其独特的物理、化学性能，因此广泛用于开发多功能材料与器件；尤其是导电聚吡咯所具有的高导电性和良好的电化学氧化/还原可逆性，使其在诸多领域显现出巨大的应用潜力。

作为阴极材料，电化学法制备导电吡咯/木质素衍生物复合材料已有研究(G.Milczarek,Olle,Science,2012,vol335，1468-1471)，但采用电化学方法实现规模化生产有相当的难度；而且电化学方法获得产物的宏观形态基本为薄膜，无法利用现有制备电极的方法及设备（现有制备电极的方法及设备主要针对粉体）。尽管化学法制备木质素磺酸盐掺杂导电聚吡咯的研究也有报道（C.Yang,P.Liu Ind.Eng.Chem.Res.2009,48,9498-9503.)，但在导电聚吡咯合成过程中引入木质素磺酸盐主要是为了改善导电聚吡咯的水分散性，以解决导电聚吡咯的加工性。然而，作为在水系电解质溶液中使用的电极材料组分而言，具有良好的水分散性是不利的（电极需要长期浸泡在电解质水溶液中。在充/放电循环过程中，具有良好水分散性的木质素磺酸盐掺杂的导电聚吡咯会进入电解质溶液：由此造成电极活性组分的流失及电解质溶液的污染。）；而大的比表面积和多孔性至关重要。

鉴于此，提供一种采用化学法制备、可用于储能（电极）材料的导电聚吡咯/木质素磺酸盐复合物的方法，成为本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的发明人经广泛及深入的研究发现：对现有化学法制备导电聚吡咯/木质素磺酸盐复合物的方法进行改进（特别是后处理方法的改进），可获得可用于储能（电极）材料的导电聚吡咯/木质素磺酸盐复合物。

本发明的目的在于，提供一种制备可用于储能（电极）材料的导电聚吡咯/木质素磺酸盐复合物的方法，所述方法的主要步骤是：在有氧化剂和木质素磺酸盐存在条件下，由吡咯单体于-5℃～5℃条件下氧化聚合反应10小时～24小时，停止氧化聚合反应，过滤，滤饼经洗涤及干燥后，即为目标物（可用于储能（电极）材料的导电聚吡咯/木质素磺酸盐复合物）；其特征在于，（1）所述洗涤所用的洗涤液为无水乙醇；和（2）所述干燥的条件为：干燥温度为50℃～80℃，干燥时间为20小时～30小时。