[發明專利]一種木質素基分子篩活性炭及其制備方法

在審

• 申請號: 201610288800.7
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105776206A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 荀波
• 申請（專利權）人: 南京正森環保科技有限公司
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明屬于分子篩領域，具體涉及一種木質素基分子篩活性炭及其制備方法。

背景技術

電動汽車是未來主要交通工具，但是其續航里程短且充電時間長，主要因為是電極 材料的孔隙分布太寬，有效孔隙小，造成電池電容量低。碳分子篩具有孔徑均一的特點， 比表面積利用率為100％，是優良的電極材料。目前，用樹脂制備的碳分子篩價格昂貴， 造成電池成本占整車的價格約50％，且制備過程復雜，是阻礙電動車廣泛應用的因素之 一。木質素是第二大可再生的天然有機物，來源于農林廢棄物和造紙黑液，是一種可再 生的廉價天然資源。木質素為天然高分子化合物，具有炭含量60-65％，氫含量7％。其 中，堿木素可溶于稀堿液，且具有良好的熱塑性，因此是利用模板法制備炭分子篩的良 好原料。

大連理工大學的張艷等人(張艷,尤隆渤,胡浩權.酚醛樹脂基碳分子篩的研究[J]. 新型炭材料,2000,15(3):55-58.)以酚醛樹脂為原料，采用固化、干餾、粉碎、造粒、炭 化和碳沉積制備工藝，制備了用于空氣分離的碳分子篩。制得的碳分子篩選擇吸附系數 大，吸附容量大，強度好。但此方法步驟多，過程復雜，不可避免的存在加工成本高的 難題。

石油大學的孫新等人(孫新,查慶芳,吳明鉑,等.碳分子篩孔結構的控制[J].石油 學報:石油加工,2004,20(3):43-48.)采用苯蒸氣為原料，利用化學氣相沉積法制備出孔 徑均一的碳分子篩，微孔率為93％。采用熱處理法實現對中孔的控制,中孔率可達85％。 CVD法的原理是利用高溫下裂解積炭來調整炭分子篩的孔徑；熱處理法的基礎則是微晶 結構理論和塌陷理論。該方法需要以苯蒸氣化學氣相沉積對活性炭調整孔隙，制備出碳 分子篩，不可避免的存在過程復雜，成本高的問題，不適合工業化應用。

南京林業大學的顧曉利等人(專利申請號CN201410769036.6)公開了一種高吸油 率可生物降解的木質素基微孔分子篩制備方法，利用木質素制備高吸油率微孔分子篩。 該方法包括有以下步驟：1)乙酰木質素的合成：將木質素溶于吡啶與有機溶劑混合液中， 滴加乙酸酐試劑，使木質素中的醇羥基與乙酸酐發生乙酰化反應，得到乙酰木質素； 2)硅烷基乙酰木質素的合成：將乙酰木質素溶于吡啶與三乙氧基氯硅烷混合液中，使乙 酰木質素中的酚羥基與三乙氧基氯硅烷發生合成反應，得到硅烷基乙酰木質素；3)共聚 反應制備微孔分子篩：將硅烷基乙酰木質素加入到溶于有機溶劑的微孔分子篩懸浮液 中，發生共聚反應，得到固體物質為高吸油率可生物降解的木質素基微孔分子篩。該方 法需要先制備乙酰木質素，再制備硅烷基乙酰木質素，最后通過共聚反應制備微孔分子 篩，過程復雜。而且沒有炭化，分子篩不耐酸堿，不耐高溫，受到較大限制。

中國科學院山西煤炭化學研究所的凌立成等人的專利(專利號ZL01122693.5)：將 六次甲基四胺與酚醛樹脂配成甲醇溶液，然后向溶液中添加一定量的五氧化二磷，將溶 液加熱回流、攪拌一定時間，再將溶液進行干燥處理，熱固化，最后將熱固化樣品在惰 性氣氛下升溫炭化，最后研磨得到酚醛樹脂炭產品。此法也必須經過研磨得到目標產品。

南京大學的左宋林等人所申請的一種酚醛樹脂基高比表面積活性炭的制備方法(專 利號ZL200610038065.0)則是：先將粉碎至粒徑小于0.5mm的固體酚醛樹脂與固化劑 混合，再與活化劑KOH混合研磨，最后進行預活化、活化等而制得的。此方法由于涉 及到粉碎等，存在損耗大、成本高的缺點。

綜上所述，碳分子篩制備的相關專利和文章較多，但是采用木質素制備碳分子篩的 相關報道較少。而且制備過程復雜，需要用到大量石油基原料，成本高。或采用普通的 高分子乳液聚合法，其缺點是要除去溶劑，將固體磨碎后再溶解。因此，這些方法操作 過程復雜，尤其粉碎步驟中存在產品損失大、產品粒度控制困難等缺點，且對環境的污 染程度(包括噪音污染)加劇。而簡化制備工藝，降低生產成本以及利用可再生廢棄資 源是酚醛樹脂炭微球碳分子篩走向市場的關鍵和難點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種木質素基分子篩活性炭，以解決現有技術存在 的產品孔徑難控制等問題。

本發明還要解決的技術問題是提供上述木質素基分子篩活性炭的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種木質素基分子篩活性炭的制備方法，它包括如下步驟：