[发明专利]一种木质素热重构组装碳纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种木质素热重构组装碳纳米材料及其制备方法，该制备方法将渡金属盐通过过量浸渍法负载到木质素上，经过热解和马弗炉煅烧后，得到富含纳米过渡金属氧化物颗粒的木质素基碳材料；将该木质素基碳材料置于立式固定床中，通入气态碳源如乙烯或甲烷与氮气混合气体，在一定温度下进行反应，最终收集得到热重构后的碳纳米管‑木质素基碳材料混合物。本发明利用可再生资源木质素，将低价值的木质素碳材料转化成为了高价值的碳纳米材料，原材料简单易得，制备条件可控，应用范围广，成功开发利用了木质素这一低价值的可再生资源，对资源利用和环境保护具有重大意义，具有推广应用的价值。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及涉一种木质素热重构组装碳纳米材料及其制备方法。

背景技术

木质素是生物质的重要组成部分(15-35％)，也是造纸黑液残渣、水解残渣等固体废弃物的主要成分(80％以上)。因此，开发利用木质素这类“低价”可再生资源，制备“高价值”的生物质基类碳材料，对于资源综合利用与环境保护具有重要意义。其中，木质素制备碳材料是木质素的重要用途之一，同时木质素作为含碳量最高的可再生资源，其在制备碳材料方面得天独厚、无可替代。但目前木质素基碳材料主要以活性炭和生物炭等低品质炭为主，无法满足市场上对高性能碳材料的需求(如碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、富勒烯等碳纳米材料)。另一方面，含碳纳米材料的碳材料混合物因其多层级的孔隙结构、导电、导热和传质作用，在催化、储能及环境方面具有巨大的应用价值。目前制备的方法主要是将两种碳材料，即碳纳米材料和常规碳材料(活性炭或生物炭等)，进行混合和嫁接。虽然所得的含碳纳米材料的碳材料混合物具有优良的性能，但这也存在一些亟需解决的问题。例如，碳纳米材料自身的纳米效应很明显，难于分散及难于与另一种碳材料(活性炭或生物炭等)均匀混合，由此造成所得碳材料性能受限，稳定性较差，使用寿命和再生能力也不理想。由此，急需提出了一种简易的木质素热重构组装碳纳米材料的方法，实现了含碳纳米材料的碳材料混合物制备，实现了生物质固体废弃物到碳纳米材料的高值化利用。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种木质素热重构组装碳纳米材料及其制备方法，本发明能够利用可再生资源木质素，将低价值的碳材料转变为高价值的碳纳米材料。本发明提出的简易木质素热重构组装碳纳米材料方法，可以实现含碳纳米材料的碳材料混合物制备，均匀性稳定性更好。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种木质素热重构组装碳纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将过渡金属盐通过过量浸渍法负载到木质素上，经过热解和煅烧后，得到富含纳米过渡金属氧化物颗粒的木质素基碳材料；将该木质素基碳材料，通入气态碳源与氮气混合气体，在高温进行反应，最终收集得到热重构后的碳纳米管-木质素基碳材料混合物，即为木质素热重构组装碳纳米材料。

其中，所述过量浸渍法为将过渡金属盐溶液与木质素混合60℃水浴加热2h，然后放入烘箱中静置12h。

其中，所述过渡金属盐为氯化盐或者硝酸盐。优选为NiCl₂、Ni(NO₃)₂、FeNO₃、FeCl₃、Co(NO₃)₂或则CoCl₂。

作为优选，所述木质素包括黑液木质素或、克拉森木质素。

其中，所述将过渡金属盐通过过量浸渍法负载到木质素上后热解温度为800-900℃，，热解温度恒温处理2-3h。

其中，所述煅烧优选为马弗炉400℃煅烧2h。

作为优选，所述气态碳源为乙烯或甲烷。

作为优选，所述通入气态碳源与氮气混合气体，在高温进行反应为在700℃-900℃下进行反应1-1.5h。