[发明专利]一种利用生物质热解油制备碳凝胶的方法及其产品

说明书

本发明属于生物质材料利用相关技术领域，并公开了一种利用生物质热解油制备碳凝胶的方法及其产品。该方法包括下列步骤：S1将生物质热解油与水混合形成溶液，提取其中的水溶性组分，然后在该水溶性组分中加入pH调节剂，使得该水溶性组分呈碱性；S2在步骤S1中获得的碱性水溶性组分中添加醛类物质发生缩聚反应生成水凝胶，在该水凝胶中添加有机溶剂置换所述水凝胶中的溶剂水，干燥获得气凝胶；S3将气凝胶在保护气氛下炭化，以此获得所需的碳凝胶。本发明还公开了上述方法制备获得产品。通过本发明，获得的碳凝胶结构比表面积大，孔隙丰富，储电潜能突出。

技术领域

本发明属于生物质材料利用相关技术领域，更具体地，涉及一种利用生物质热解油制备碳凝胶的方法及其产品。

背景技术

目前农林废弃物分布广泛，来源丰富，然而这些资源利用效率很低，秸秆和稻草等经常被就地焚烧或随意丢弃，既污染环境又浪费资源。目前生物质裂解制备生物油技术相对成熟，下一步生物质裂解产业发展的关键是为生物质热解油的规模化利用找到市场入口，这是实现农林废弃物有效利用的关键一步。碳凝胶可以作为吸附材料、催化剂载体、电容器及电极材料等，具有广泛的应用潜能。

传统制备碳凝胶的方法需要添加剂(如间苯二酚、甲醛等酚醛类小分子物质)通过交联反应形成三维网状空间结构，但添加剂价格高昂，导致碳凝胶成本较高。而生物质热解油中含有大量的酚醛类物质，可以通过萃取分离技术提高酚醛类物质在溶液中的占比，使生物质热解油能够良好代替传统制备碳凝胶方法中的添加剂，大幅降低碳凝胶的生产成本。基于上述情况，本发明提出一种利用生物质热解油制备碳凝胶的系统及方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用生物质热解油制备碳凝胶的方法及其产品，通过利用生物质热解油中富含酚醛类小分子物质的特性，对其水凝胶制备和炭化等关键步骤进行设计，使得获得的的碳凝胶结构比表面积大，孔隙丰富，储电潜能突出。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用生物质热解油制备碳凝胶的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

S1将生物质热解油与水混合形成溶液，提取其中的水溶性组分，然后在该水溶性组分中加入pH调节剂，使得该水溶性组分呈碱性；

S2在步骤S1中获得的碱性水溶性组分中添加醛类物质发生缩聚反应生成水凝胶，在该水凝胶中添加有机溶剂置换所述水凝胶中的溶剂水，干燥，干燥后的水凝胶即为气凝胶；

S3将所述气凝胶在保护气氛下炭化，以此获得所需的碳凝胶。

进一步优选地，在步骤S1中，所述生物质热解油是纤维素类生物质热解制得，所述热解油与水混合，其中所述热解油与水的质量比为(0.4～0.6)：1。

进一步优选地，在步骤S1中，所述pH调节剂为亚硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾、尿素或碳酸氢钠，添加pH调节剂后水溶性组分的pH取值范围为10～12。

进一步优选地，在步骤S2中，所述醛类物质与碱性水溶性组分的质量比为(0.1～0.2)：1，所述醛类物质优选为甲醛。

进一步优选地，在步骤S2中，所述有机溶剂为丙酮或叔丁醇。

进一步优选地，在步骤S3中，所述保护气氛为惰性气体或氮气，所述炭化的温度为800℃～1000℃。

进一步优选地，在步骤S3中，获得的碳凝胶的比表面积大于600m²/g，比电容大于40F/g。

按照本发明的另一个方面，提供了一种上述所述的方法制备获得产品。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：