[发明专利]一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将木质素溶于pH为12以上的碱溶液中，在160～200℃下水热预处理6～12小时，待冷却至室温后用酸调pH至3～5，过滤分离沉淀，得到的滤液即为酸溶木质素溶液；

(2)将可溶性锌盐和可溶性碳酸盐溶解在水中，然后加入到步骤(1)的酸溶木质素溶液中，在110～150℃下水热反应1～3小时，得低分子木质素/氧化锌复合物溶液；

(3)用碱将甲醛水溶液的pH调至9～10，升温至70～80℃后，加入三聚氰胺，反应0.5～1小时，得羟甲基化三聚氰胺溶液；

(4)往步骤(2)的低分子木质素/氧化锌复合物溶液中加入步骤(3)的羟甲基化三聚氰胺溶液，用酸调pH至4～6，在110～130℃下水热反应1～3小时，待冷却至室温后，过滤，洗涤，干燥后得掺氮木质素/氧化锌复合物；

(5)将步骤(4)的掺氮木质素/氧化锌复合物进行碳化，洗涤，离心，干燥后获得木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料；

以重量计，各反应物用量如下：

2.根据权利要求1所述一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，以重量计，各反应物用量如下：

3.根据权利要求1所述一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述水热处理的温度为170～180℃，时间为8～9小时；所述用酸调pH至4～5；

步骤(2)所述水热反应的温度为120℃，时间为1～2小时；

步骤(3)所述pH调至9～9.5；所述反应的温度为70～75℃，时间为40～45min；

步骤(4)所述pH为4.5～5；所述水热反应的温度为120℃，时间为1～2小时。

4.根据权利要求1所述一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述木质素在碱溶液中的质量浓度为5～10％；步骤(2)所述可溶性锌盐和可溶性碳酸盐在水中的总质量浓度为1～5％；步骤(3)所述甲醛水溶液的质量浓度为18～37％；

步骤(5)所述碳化程序为：以10℃/min升温至150～350℃，保持10～60min；再以5～15℃/min升温至500～700℃，保持0.5～5h，降温至室温。

5.根据权利要求4所述一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述木质素在碱溶液中的质量浓度为5～7.5％；步骤(2)所述可溶性锌盐和可溶性碳酸盐溶解在水中所得溶液的总质量浓度为1～2％；

步骤(5)所述碳化程序为：以10℃/min升温至200～250℃，保持30～60min；再以10℃/min升温至550～600℃，保持1～2h，降温至室温。

6.根据权利要求1或4所述一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述木质素碱溶液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种；步骤(1)所述酸为0.1mol/L的酸溶液；所述酸为盐酸、乙酸、硝酸和草酸中的至少一种；

步骤(2)所述可溶性锌盐为氯化锌、乙酸锌、硝酸锌和草酸锌中的至少一种，其阴离子须与步骤(1)所述酸中的阴离子相同；步骤(2)所述可溶性碳酸盐为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾中的至少一种，其阳离子须与步骤(1)所述碱中的阳离子相同；

步骤(3)所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氨水中的至少一种，其阳离子须与步骤(2)所述可溶性碳酸盐中的阳离子相同；

步骤(4)所述酸为0.1mol/L的酸溶液；所述酸为盐酸、乙酸、硝酸和草酸中的至少一种，其阴离子须与步骤(1)所述酸的阴离子相同。

7.根据权利要求6所述一种木质素富氮碳/氧化锌纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(4)所述加入采用滴加或蠕动泵的方式，其中加入的速度为2～10mL/min；步骤(5)所述掺氮木质素/氧化锌复合物在碳化前还需经过研磨至微米级颗粒。