[發(fā)明專利]一種木質(zhì)素基分級孔炭材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107934959A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉軍利;宋曜光;孫康;許偉;侯興隆
• 申請（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/336;C01B32/348;H01G11/24;H01G11/44
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 唐循文

1.一種木質(zhì)素基分級孔炭材料的制備方法，其特征在于首先將造紙黑液堿木質(zhì)素進(jìn)行粗提純，然后與三嵌段聚合物Pluronic F127以質(zhì)量比1：（1~3）溶于四氫呋喃中，同時制備 Mg(CH₃COO)₂·4H₂O水溶液，Mg(CH₃COO)₂·4H₂O的加入量為堿木質(zhì)素質(zhì)量的3~11倍；混合兩種溶液后加入6mol/L鹽酸溶液，加入量為總?cè)芤后w積的0.5%~1%，并攪拌4~12h，然后置于35℃~80℃烘箱中干燥，得到黑褐色固體；將黑褐色固體置于管式爐中進(jìn)行炭化反應(yīng)，炭化溫度為850℃~1000℃，炭化反應(yīng)以程序升溫的方式，在氮氣或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，結(jié)束后持續(xù)通入氮氣或惰性氣體冷卻至室溫；進(jìn)行酸洗、水洗，干燥后得到黑色粉末狀的堿木質(zhì)素基中孔炭材料；最后通過CO₂活化法或KOH活化法在氮氣或惰性氣體保護(hù)下，以10℃/min升溫到750~900℃活化0.5~4h，經(jīng)酸洗、水洗，干燥后得到黑色粉末狀的木質(zhì)素基分級孔炭材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述木質(zhì)素基分級孔炭材料的制備方法，其特征在于所述堿木質(zhì)素的粗提純方法為：把直接從造紙黑液中噴霧干燥得到的堿木質(zhì)素溶于水，過濾后取濾液；用無機(jī)酸調(diào)節(jié)pH至6~9，過濾后取濾液；然后繼續(xù)用無機(jī)酸調(diào)節(jié)pH至2~4，過濾、水洗2~3次，干燥后得到粗提純的堿木質(zhì)素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述木質(zhì)素基分級孔炭材料的制備方法，其特征在于所述炭化過程中程序升溫方法為以1℃/min速率從室溫加熱至300℃~450℃，然后繼續(xù)以2~5℃/min加熱至850℃~1000℃進(jìn)行炭化，在目標(biāo)溫度下保持15min~60min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述木質(zhì)素基分級孔炭材料的制備方法，其特征在于所述惰性氣體為氬氣或氮氬的任意比混合氣。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述木質(zhì)素基分級孔炭材料的制備方法，其特征在于所述兩次酸洗是指用鹽酸、硫酸中的至少一種無機(jī)酸洗滌至中性。

6.根據(jù)權(quán)利要求6所述木質(zhì)素基分級孔炭材料的制備方法，其特征在于所述CO₂活化法是將木質(zhì)素基中孔炭材料直接在氮氣或其他惰性氣體保護(hù)下，以10℃/min升溫到750~900℃，快速切換為CO₂氣體高溫活化0.5~4h，然后在氮氣或其他惰性氣體保護(hù)下冷卻至室溫，CO₂氣體流速為0.5~3L/min；所述KOH活化法是指首先將木質(zhì)素基中孔炭材料加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的KOH溶液中，其中KOH固體與中孔炭的質(zhì)量比為1:1、1:2、1:3、1:4或1:5，然后置于150℃烘箱中充分干燥，最后在氮氣或其他惰性氣體保護(hù)下以10℃/min升溫到750~900℃活化0.5~4h。

7.權(quán)利要求1~6任一所述方法制得的木質(zhì)素基分級孔炭材料，其特征在于：該分級孔炭材料為黑色粉末狀固體顆粒，比表面積1000~1800m²/g，總孔容積為1~2.5cm³/g，具有明顯的分級孔道結(jié)構(gòu)，孔道尺寸分別在0.5~1nm、1~1.5nm及9~11nm三個范圍。

8.權(quán)利要求7所述木質(zhì)素基分級孔炭材料在制備雙電層超級電容器電極中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于所述電極材料由分級孔炭材料:乙炔黑:聚四氟乙烯（PTFE）=80%:10%:10%的質(zhì)量比配制而成，電解液為1 mol/L的H₂SO₄溶液。