[发明专利]一种木质磺酸钙石墨化的方法

说明书

本发明具体涉及一种木质磺酸钙石墨化的方法。其技术方案是：按木质磺酸钙∶催化剂的质量比为1∶(0.01～0.1)，将所述催化剂加入所述木质磺酸钙中，混合均匀，得到预混料。再将所述预混料固化，于惰性气氛条件下以4～10℃/min的速率升温至1000～1500℃，保温1～3h，使木质磺酸钙在炭化过程中逐渐石墨化，生成石墨化率较高的碳材料。所述催化剂为铁、钴、镍、氧化铁、氧化钴、氧化镍、硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍中的一种，所述催化剂的添加量以各自对应的铁、钴或镍计。所述惰性气氛为氮气、氩气或埋碳气氛中的一种。本发明具有工艺简单、生产效率高、生产成本低、资源化利用程度高和有利于环境保护的特点，用该方法生成的炭材料石墨化程度高。

技术领域

本发明属于石墨化技术领域。具体涉及一种木质磺酸钙石墨化的方法。

背景技术

石墨是一种优良的碳材料，具有良好的热稳定性、热导性、润滑性以及化学稳定性，被广泛运用于冶金、机械、电气和化工等领域。天然石墨是不可再生资源，已无法满足人类的需求。石墨化是指将无序的乱层碳材料在高温处理下转化为三维有序结构的石墨化材料，所以将碳源石墨化已成为人们的关注点，其中酚醛树脂石墨化研究最为活跃，但所用原材料成本较高。

Sevilla M等人(Sevilla M,Fuertes A B.Graphitic carbon nanostructuresfrom cellulose[J].Chemical Physics Letters,2010,490(1-3):63-68.)将纤维素在250℃下水热碳化2h，以乙醇为溶剂，硝酸镍为催化剂，在氮气条件下升温至900℃，保温3h。再经过氧化处理、离心和酸洗后于120℃条件下烘干2h。虽制得纳米结构石墨，但工艺流程繁琐、生产成本高和难以于工业生产。

TalabiS I等人(Talabi S I,Luz A P,Pandolfelli V C,et al.Synthesis andgraphitization of resole resins by ferrocene[J].Progress inNatural Science:Materials International,2019.)采用酚醛树脂作为主料，以二茂铁为添加剂，在埋碳气氛下升温至100℃，保温4h；再升温至1000℃，保温5h，该方法虽制得石墨化程度较高的炭材料，但反应时间长、催化剂制备过程复杂和原料成本高。

造纸工业产生的大量的亚硫酸钠纸浆废液，直接排放会对水源和土壤造成严重污染，直接影响人体健康，虽然经过石灰水沉降浓缩后可得到木质磺酸钙。但目前木质磺酸钙主要应用于水煤浆分散剂、耐火材料结合剂、陶瓷坯体增强剂和炭黑造粒剂等。这些方法处理成本过高且未能有效实现废水的高效资源化利用。当作为结合剂或增强剂时，会在高温下形成不定性的碳，影响了所添加材料的使用性能，但目前尚未有研究改善木质磺酸钙高温使用性能的报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、生产效率高、生产成本低、资源化利用程度高和有利于环境保护的木质磺酸钙石墨化的方法，用该方法生成的炭材料石墨化程度高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是：

步骤一、按木质磺酸钙∶催化剂的质量比为1∶(0.01～0.1)，将所述催化剂加入所述木质磺酸钙中，混合均匀，得到预混料。

所述催化剂为铁、钴、镍、氧化铁、氧化钴、氧化镍、硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍中的一种，所述催化剂的添加量以各自对应的铁、钴或镍计。

步骤二、将所述预混料固化，再于惰性气氛条件下以4～10℃/min的速率升温至1000～1500℃，保温1～3h，使木质磺酸钙在炭化过程中逐渐石墨化，生成石墨化率较高的碳材料。

所述惰性气氛为氮气、氩气或埋碳气氛中的一种。

所述木质磺酸钙的纯度为85～99％，所述木质磺酸钙中的木质素的含量为50～65wt％。