[發(fā)明專利]一種植物纖維基泡沫炭的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108163830A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 孫祎;張晶;陳可
• 申請（專利權）人: 孫祎
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種植物纖維基泡沫炭的制備方法，屬于泡沫炭制備技術領域。本發(fā)明制得的泡沫炭以純生物質材料植物纖維作為原料，代替了難以再生的石油化工原料，先利用磷酸作為水熱催化劑，使得纖維塑性變強，機械性能提高，而且在水熱作用下，半纖維素分離出有機酸，利于纖維之間的結合進一步提高，將塑化后的植物纖維和甲醛等反應制得樹脂化纖維，利用聚乙二醇的分散效應和自組裝功能，提高了泡沫炭的孔隙率，由于樹脂化纖維中含有木質素基體，這些基團中氧原子上的未共用電子對可以與金屬離子形成配位鍵，而且剛性金屬的摻入也使得泡沫炭的力學強度再次得到提高，最終制得的泡沫炭導熱系數(shù)高，孔隙豐富且力學性能優(yōu)異，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發(fā)明公開了一種植物纖維基泡沫炭的制備方法，屬于泡沫炭制備技術領域。

背景技術

泡沫炭具有較高的孔隙度、質輕、耐酸堿、耐高溫、結構穩(wěn)定等特點，在催化、吸附凈化、醫(yī)療、建筑、航空航天、軍事等領域展示出誘人應用前景。有序泡沫炭具有有序的孔道結構和規(guī)則孔泡形狀，可以作為電容器的電極材料，大分子污染物的吸附劑，還可以作為催化劑的優(yōu)良載體，等等。

目前，用作制備泡沫炭的原料主要有中間相瀝青、酚醛樹脂和煤，且都是在較高的發(fā)泡溫度和發(fā)泡壓力（600℃/7～10MPa）下制備泡沫炭。至今，國內仍未實現(xiàn)泡沫炭的工業(yè)化生產，其根本原因在于：高溫高壓發(fā)泡技術在工業(yè)上難以實現(xiàn)連續(xù)化生產，且存在設備成本高、生產安全問題；中間相瀝青是一種易于石墨化的碳質前軀體，適宜于制備高導熱泡沫炭，不宜用作制備隔熱材料，且中間相瀝青的成本很高；當以酚醛樹脂為原料時，所制泡沫炭脆性很大，因此在整體結構控制、孔結構的均一性控制、結構的穩(wěn)定性控制方面難度相當大；以煤為原料時，只能采用間歇式高壓發(fā)泡，難以實現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)生產。由于發(fā)泡溫度、壓力高，造成設備泄漏的可能性就大，設備泄漏會引起氣體突然釋放，導致泡沫炭出現(xiàn)裂紋；由于發(fā)泡溫度、壓力高，需要增加槽模壁厚，影響傳熱速率和溫度場的均勻性，造成泡沫炭內部孔隙結構不均勻。

但其制備原料僅限于煤基、石油基的桑氨酯、酚醛樹脂和中間相瀝青，鑒于生物質原料的巨大儲量和可再生性，如實現(xiàn)利用生物質原料制備有序泡沫炭將具有重大現(xiàn)實和理論意義。基于廉價的初始原料，簡單的工藝路線、制備性能優(yōu)異且穩(wěn)定的泡沫炭材料已經成為該領域的熱點。生物質材料以其資源豐富、可再生而備受關注。

而目前常見的生物質基泡沫炭材料導熱性能不夠，導熱系數(shù)低，力學性能差，不能滿足人們需求，因此發(fā)明一種導熱系數(shù)高且力學性能良好的植物纖維基泡沫炭對泡沫炭制備技術領域具有積極的意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明主要解決的技術問題，針對目前泡沫炭的制備原料僅限于石油化工原料，難以再生，而常見的生物質基泡沫炭材料導熱性能不夠，導熱系數(shù)低，孔隙率低，力學性能差，不能滿足人們需求的缺陷，提供了一種植物纖維基泡沫炭的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種植物纖維基泡沫炭的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：

（1）稱取樺樹皮粉碎并過80目篩，收集過篩木屑，將木屑和質量分數(shù)為85%的磷酸溶液以及水混合后裝入高壓水熱釜中，高壓水熱處理8～10h；

（2）待上述高壓水熱處理結束后，得到水熱產物，再將質量分數(shù)為35%的甲醛溶液、氫氧化鈉和水熱產物混合，并加入燒杯中，將燒杯移入水浴鍋中，加熱升溫至60～70℃，保溫反應30～40min，得到反應物；

（3）將上述反應物和質量分數(shù)為10%的聚乙二醇乙醇溶液混合后裝入帶有回流裝置的三口燒瓶中，對三口燒瓶加熱升溫至95～100℃，回流反應1～2h，反應結束后用濃度為0.5mol/L鹽酸調節(jié)反應產物pH至中性，減壓蒸餾脫水20～30min，得到樹脂化纖維；