[发明专利]一种利用木质素制备碳电极的方法

说明书

本发明公开了一种利用木质素制备碳电极的方法。该方法采用木质素为原料，将木质素与乙炔黑混合，经过模具压制后在惰性气体氛围下高温加热脱除含氧基团，碳化后的木质素具有固定形状和较低电阻率。本发明方法，利用生物炼制或制浆造纸废弃物木质素为原料制备出高强度、低电阻的碳电极材料，具有原料来源丰富、价格低廉、应用范围广等优势。碳电极材料制备过程中未添加任何粘合剂，利用碳化过程中碳原子之间的化学键连接成型，具有绿色环保的优势和广泛应用的潜力。

技术领域

本发明属于电极材料绿色制备技术领域。本发明涉及一种利用木质素制备碳电极的方法。

背景技术

木质素基碳电极作为一种非金属导电材料，具有优异的力学性能，极低的电阻，较高比表面积等，同时还具有良好的生物相容性，因而被广泛地应用于制备锂离子电极材料，电磁防护和重金属吸附等领域。

木质素基碳电极制备常用的方法是将木质素在高温惰性气体条件下进行碳化，将碳化后的木质素与混合聚四氟乙烯粘黏剂、乙炔黑导电剂混合成型。但是由于聚四氟乙烯的添加会导致导电材料电阻升高,在实际的使用过程中会导致能耗增加；在制备过程中将粘合剂和导电剂混合时，若导电剂含量较少碳电极电阻会升高，若粘合剂含量较少时碳电极不易成型，这些问题都限制了木质素基碳电极的发展。

木质素基碳电极具有原料来源广、导电性好、质量轻和耐腐蚀等优异的性能，目前已经被应用到甲苯等有机物的氧化降解处理、电池电极材料的制备和重金属离子吸附等方面。优异的导电性和耐腐蚀性等特点使碳电极作为电极氧化降解毒性有机物时有较高的降解效率和较长的使用寿命；导电碳作为电池电极时其多孔特性为离子交换提供了通道，而且较高的比表面积也使碳电极成为制备电容器的首选材料。以上提到的所有材料在制备过程中都会遇到成型困难、不易制备等问题，这些问题使碳电极的应用范围受到了极大的限制。

公开号为CN107623105A的中国专利介绍了一种利用生物质制备锂离子电池负极和导电剂材料的方法。该方法将芋头颈、稻壳、花生壳等作为生物质原料，经过900℃高温进行碳化，碳化后再利用酸、碱、盐等不同的方法进行活化，将活化后的生物质基活性物质与导电剂、粘合剂等物质利用球磨的方式混合，得到锂离子电池的负极浆料；将得到的浆料均匀地涂敷在铜箔上，并将其置于真空环境下烘烤10～36h，最后经过辊压、分切得到锂离子电池负极材料。利用该种方法制备的锂离子电极负极具有良好的导电三维通道、较高的放电比容量、和极高的循环使用寿命等优点。但是利用这种方法制备的锂离子电池电极时，粘合剂的存在导致电极材料的内阻增加，而且粘合剂在电极材料内部对离子导电通道也会有一定的阻碍作用。

公开号为CN103265025A的中国专利介绍了一种利用生物质制备电磁屏蔽材料的方法。该方法利用稻草、麦秆和玉米杆等农业废弃物作为生物质材料，将其放入500℃的条件下进行低温碳化，碳化之后与镍铁和钙基化合物按照一定比例进行混合得到混合材料。将得到的混合材料置于1000℃条件下碳化。经过酸洗后得到生物质导电炭。将所得到的导电碳与树脂按照比例混合就均匀后倒入模具高压下成型，最后得到生物质电磁屏蔽材料。利用这种方法制备的电磁屏蔽材料与传统金属电磁屏蔽材料相比具有成本低、耐腐蚀、环境友好等特点。但是在使用过程中树脂的引入会导致电阻增加，使电磁屏蔽能力减弱。

公开号为CN101671069A的中国专利介绍了一种利用生物质导电碳处理低浓度金属废水的方法。利用生物质导电碳组装的双流化床反应器主要包括废水净化反应床和金属回收反应床。在该发明中采用生物质导电碳代替传统金属颗粒和活性炭处理污水，有利于提高电流的密度、增加反应面积，提高对金属的吸附效率。但是这种方法制备的导电碳在后续处理过程会溶解到废液中，增加了废水的处理难度。