[发明专利]废纸气凝胶、气凝胶衍生物及其制备方法

说明书

本发明涉及废纸气凝胶、气凝胶衍生物及其制备方法，属于气凝胶材料技术领域。本发明的废纸制备气凝胶的方法包括：将废纸浸泡、脱墨及表面功能化处理，抽滤成型干燥得到废纸气凝胶，400～1000℃煅烧得废纸碳气凝胶；表面功能化处理为：用化合物A溶液处理废纸，处理的pH＝4～4.5，处理的温度为70～80℃，处理的时间为2～6h，化合物A为双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钠、高碘酸钠中的一种。本发明的用废纸制造气凝胶的方法制备过程简单、周期短、二次污染小等优势。制备得到的气凝胶更稳定。本发明的金属有机框架衍生物@废纸基复合碳气凝胶可以负载大量的电催化活性物质，轻质且具有较高的导电性，可广泛用于商用电催化材料。

技术领域

本发明涉及一种废纸气凝胶、气凝胶衍生物及其制备方法，属于气凝胶材料技术领域。

背景技术

日常生活中的废旧打印纸、瓦楞纸、纸巾等的回收再利用已经成为人们迫切关注的焦点之一。实现废纸的循环利用在解决资源消耗和环境污染方面具有重要的意义，目前废纸回收利用的三大主流应用包括制造再生纸、制作家庭用具、发电用固体燃料。

当前，实现废纸高附加值的循环利用是当前面临的重大挑战之一。废纸中含有大量的纤维素，利用废纸作为纤维素原料的来源，制备纤维素碳气凝胶，可以实现废纸的高附加值循环利用，缓解环境和资源问题，实现可持续发展。纤维素碳气凝胶具有比表面积大，孔隙结构丰富，高的机械性能，化学稳定性，热稳定性和导电性，在催化剂载体、超级电容器电极、吸附剂和传感器领域都有不错的表现。以废纸为原料，探索一种相对简便、经济、安全的方法制备碳气凝胶具有巨大的价值潜力。

现有技术中的废纸制备气凝胶工艺复杂，成本高，对环境污染大，例如CN2016112074128、CN2019100559969、CN2017104470419等公开的用废纸制造气凝胶的方法需要用到碱，将废纸中的纤维素溶解凝胶化再冷冻干燥。采用这些现有技术废纸制备得到的气凝胶，容易破坏金属有机框架结构，而且严重影响纤维素的交联，抑制凝胶化。此外在磷化或磷酸化处理过程中，现有的废纸制备得到的气凝胶不耐高温煅烧，不耐水热，其蜂窝状多孔结构不能有效的保持。

专利申请CN2020100850482公开了一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法和用途；其用于电磁屏蔽领域。专利申请CN2015100986180公开一种基于纤维素硬模板合成ZIF-8气凝胶的方法；但其公开的气凝胶与金属有机框架复合的用途为气体存储。未公开如何制备得到电催化性能好的材料。

发明内容

本发明要解决的第一个问题是提供一种新的废纸制备气凝胶的方法。

为解决本发明的第一个技术问题，所述废纸制备气凝胶的方法包括：

将废纸浸泡、脱墨及表面功能化处理，抽滤成型干燥得到废纸气凝胶，400～1000℃煅烧得废纸碳气凝胶；

所述表面功能化处理为：用化合物A溶液处理废纸，所述处理的pH＝4～4.5，处理的温度为70～80℃，处理的时间为2～6h，所述化合物A为双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钠、高碘酸钠中的一种；

所述pH优选采用冰乙酸、稀盐酸或稀硫酸调节。

所述浸泡、脱墨可以采用水。

在废纸浸泡前，可先将废纸剪碎。所述抽滤前还可对溶液进行清洗。

在一种具体实施方式中，所述化合物A为次氯酸钠；所述次氯酸钠溶液的浓度优选为0.1～0.3mol/L；优选次氯酸钠用量与废纸质量比为0.7～3：1。

在一种具体实施方式中，所述煅烧是在N₂或Ar气氛围中进行，所述煅烧的升温速率优选为2～5℃/min，所述煅烧的时间优选为在400～1000℃保持2～3h。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种废纸气凝胶。