[发明专利]一种木质素基高比表面积碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素基高比表面积碳材料的制备方法，该方法采用木质素作为碳材料前驱体，将木质素配制成水溶液，经冷冻干燥后得到木质素气凝胶，将得到的木质素气凝胶置于管式炉中于氩气气氛中碳化，冷却后即得到所述的高比表面积碳材料。本发明通过冷冻干燥、高温碳化制备得到高比表面积、低密度的碳气凝胶材料，避免了活化过程，相比现有通过先碳化再活化的制备方法，有效降低了能耗，避免了污染环境。

技术领域

本发明属于碳材料制备领域，具体涉及一种木质素基高比表面积碳材料的制备方法。

背景技术

多孔碳材料是指具有高孔隙率以及大比表面积的碳基材料，由于其较大的比表面积、独特的孔道结构以及丰富的表面官能团，是最有前景的一类吸附材料，同时在能源、环保、复合材料、催化剂载体等许多关键领域也有着重要用，因此制备高比表面积的碳材料具有重要意义。而目前制备高比表面积碳材料的方法多是根据先进行高温碳化，再通过物理或化学活化的方式制备，而活化过程能耗高或是污染严重。

如公开号为CN105271227A的发明专利公开了一种高比表面积多孔炭材料的制备方法，该方法将碳前驱体先在氮气保护下进行碳化，再利用氢氧化钾在氮气保护下高温煅烧，最后使用盐酸除去杂物，并洗涤干燥后得到具有高比表面积的多孔炭材料。该方法虽然可以制备表面积较高的多孔炭材料，但是制备过程中需要使用活化剂进行活化，该过程会产生大量废弃的活化剂，如氢氧化钾等，同时还需要使用酸对活化后的碳材料进行清洗，从而使得制备过程不仅能耗高，而且污染环境。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种木质素基高比表面积碳材料的制备方法，该方法避免了现有制备高比表面积活性碳材料需要活化的过程，以降低能耗，避免环境污染。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种木质素基高比表面积碳材料的制备方法，方法为：将木质素配制成水溶液，经冷冻干燥后得到木质素气凝胶，将得到的木质素气凝胶置于管式炉中于氩气气氛中600~1000℃碳化，冷却后即得到所述的高比表面积碳材料。

作为优选，所述木质素水溶液浓度为1~20mg/mL。浓度会影响制备的木质素碳材料的形貌，可通过调节木质素水溶液的浓度控制碳材料的形貌。

作为优选，碳化时间为1~2h。

作为优选，所述木质素为碱木质素。

本发明木质素水溶液可在液氮中冷冻，也可以采用冰箱冷冻。采用液氮冷冻速度快，冰块的生长时间短，木质素分散在冰块中的尺寸更小，有利于提高干燥后的木质素气凝胶的强度。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用木质素作为碳材料前驱体，通过冷冻干燥、高温碳化制备得到高比表面积、低密度的碳材料，避免了活化过程，相比现有通过先碳化再活化的制备方法，有效降低了能耗，避免了环境污染。

2、本发明通过调控木质素水溶液冷冻干燥前的浓度，可实现对碳材料表面形貌的调控，控制制备片状碳材料或是纤维状碳材料，当木质素在浓度大于5mg/mL时，其主要为片状的碳材料，而且随着浓度增大，材料厚度增加；而当木质素浓度小于5mg/mL时，如2mg/mL时，其形貌为纤维状碳材料，也可通过控制碳化温度，调控碳材料的化学成分。

3、本发明以废弃的碱木质素作为原料，制备高比表面积的碳材料，实现了废弃物的资源化利用，大大提高了废弃木质素的附加价值。

附图说明

图1为实施例1~3制备的碳材料的扫描电镜图；

图2为实施例1、5和6制备的碳材料的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。