[發明專利]一種木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611167422.3
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106745010B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 蔣燦
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及一種木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料及其制備方法，包括以下步驟：1)提純：得提純后的木質素溶液；2)雜化：得雜化后溶液；3)陳化：得陳化后溶液；4)過濾：得木質素/二氧化硅雜化材料；5)干燥和熱處理：得木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料。相比于現有技術，本發明的有益效果是：1、雜化后的納米二氧化硅粒子尺寸更細、更均勻，且增加其疏水性，不易團聚；2、具有更高的結構性，更高的孔容量。3、可再生，降低納米二氧化硅生產成本的同時，木質素轉變為可分散的納米碳材料，使其價值最大化。4、可應用于吸附、催化、傳感、能源、聚合物增強等領域。

技術領域

本發明涉及一種木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料及其制備方法和應用，屬于化工生產方法技術領域。

背景技術

與傳統材料相比，納米材料因其某一維度的尺寸小于100nm，其表面電子結構和晶體結構發生明顯變化，展現出許多常規材料所沒有的性質，例如小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面效應和介電限域效應等。正是因為這些特殊的性質，納米材料在各個領域都有著非常廣泛的潛在應用，例如微電子、能源、光學、生物醫藥、催化、聚合物改性等領域。隨著納米科技的迅猛發展，為滿足人類日益增長的多樣化需求，納米材料正朝著多元復合或雜化的方向發展，譬如有機-無機、無機-無機、有機-有機及生物活性-非生物活性等納米結構的雜化材料。單一功能性納米材料通過復合或雜化，可獲得一些新的功能，從而擴大其應用范圍。所謂的納米雜化材料，是指兩種不同成份的材料在納米或分子尺度上，通過范德華力、氫鍵、靜電作用或共價鍵等強弱相互作用形成的納米材料。

在以往有關木質素與二氧化硅的研究當中，木質素常作為二氧化硅的模版劑使用，以減小沉淀法制備的二氧化硅顆粒尺寸；或者煅燒木質素與二氧化硅復合物形成碳化硅材料；再或者通過改性或直接酸沉淀制備木質素/二氧化硅復合物，以得到木質素改性的二氧化硅材料，增加其疏水性。這些研究均未使木質素與二氧化硅在分子尺度及納米尺度形成雜化材料，且未阻止木質素的聚集，導致木質素顆粒較大，未能充分實現木質素的價值。此外，納米二氧化硅與一些納米碳材料如碳納米管、石墨烯等形成的納米雜化材料已有較多的文獻和專利報道，這些碳/二氧化硅納米雜化材料顯示出單一組份納米材料所不具備的優越性能，在能源、環境、催化、傳感、聚合物增強等領域有著巨大的應用潛力。但是，這些碳/二氧化硅納米雜化材料的制備工藝復雜，且使用的原材料成本較高或后處理工藝繁瑣，導致不能大規模生產。而納米二氧化硅與生物碳，尤其是與木質素基生物碳雜化形成多尺度雜化的納米材料暫未見報道。通過木質素基生物碳與二氧化硅多尺度的納米雜化，可充分體現木質素與二氧化硅各自優勢，實現其最大價值，節約生產成本，并減少木質素對環境的污染。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料及其制備方法，該木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料具有超高比表面積和超高孔容量，可應用于吸附、催化、傳感、能源、聚合物增強等領域。

為達到上述目的，本發明是通過以下的技術方案來實現的：一種木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料，其特征在于，由木質素原料和硅源制備而成，其BET比表面積為150-500m²/g，孔容積為0.1-0.6cm³/g。

按上述方案，所述木質素原料為堿木質素、硫酸鹽木質素、亞硫酸鹽木質素、木質素磺酸鈉、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鎂或酶解木質素中的一種或兩種以上的混合物；所述硅源為納米二氧化硅、硅酸納、工業水玻璃、正硅酸乙酯中的一種或兩種以上的混合物。

木質素基生物碳/二氧化硅多尺度納米雜化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)提純：將100g木質素原料分散于500-5000g水中，調節分散液的pH值至12-13，攪拌，提純，得提純后的木質素溶液；