[發明專利]有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110480222.8
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113307250B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 席躍賓;劉雪;王歡;孔凡功;王守娟;楊牧原;劉淇;崔航;張振濤
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;C01B32/05;H01M4/62;H01M10/052;B01J20/20;B01D53/02;B01J20/30;B01J21/18;B01J35/10;B01J32/00
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 羅文曌

1.有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于包括：

S1.在pH=11~12條件下對木質素進行化學改性，制備改性木質素，所述化學改性方法包括羧甲基化改性、磺酸化改性、季銨化改性、胺化改性、硝化改性、醚化反應或偶氮化改性；

S2.采用蒸發誘導自組裝技術制備木質素/催化劑前驅體：

將改性木質素溶解于水溶液中，加入可溶性金屬鹽，攪拌均勻后加入一定量弱堿性銨鹽，加熱條件下反應一定時間后蒸發、干燥得到木質素/催化劑前驅體混合物固體粉末，以重量計，改性木質素:可溶性金屬鹽:弱堿性銨鹽的配比為100：(10～100)：(10～100)，

所述可溶性金屬鹽為鈷鹽、鋁鹽、鎳鹽、鋅鹽、鐵鹽、銅鹽、錳鹽、銀鹽、鉑鹽和鈀鹽中的兩種或多種，且鈷鹽的質量百分含量不低于20%；

S3.控制木質素/催化劑前驅體的碳化和催化過程，利用木質素自身熱分解產生的甲烷和小分子有機物間的自催化作用，使得碳納米管有序自生長，得到木質素碳-碳納米管-催化劑復合物；

S4.利用納米級催化劑作為硬模板劑，通過稀酸刻蝕去除后形成大量的均勻的介孔孔道，從而獲得高介孔率的高有序化木質素碳-碳納米管基材。

2.根據權利要求1所述的有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，

以重量計，改性木質素:可溶性金屬鹽:弱堿性銨鹽的配比為100：(10～100)：(10～100)；

所述弱堿性銨鹽為尿素、氨水、碳酸氫銨和/或碳酸銨。

3.根據權利要求1所述的有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，加入弱堿性銨鹽后加熱至50~80℃，反應1~3小時。

4.根據權利要求1所述的有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S3通過控制碳化的加熱升溫速率和恒溫加熱保持時間，控制碳化和催化過程。

5.根據權利要求4所述的有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，碳化和催化過程在惰性氣體保護下進行；

控制碳化和催化過程的具體方法為：第一段以5~10℃/min升溫至200~400℃，保持10~60min；第二段以0.1~5℃/min升溫至500~700℃，保持0.5~5h，降溫至室溫。

6.根據權利要求1所述的有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S4稀酸刻蝕的具體方法為：將木質素碳-碳納米管-催化劑復合物浸泡在一定質量濃度的稀酸溶液中進行酸洗，洗滌去除其中的催化劑，然后離心、干燥后獲得木質素碳-碳納米管復合材料。

7.根據權利要求6所述的有序木質素碳-碳納米管復合材料的制備方法，其特征在于，所述稀酸溶液為濃度0.1~2mol/L的硝酸和/或鹽酸溶液，酸洗時間不少于4小時。

8.權利要求1-7中任意一項所述制備方法得到的有序木質素碳-碳納米管復合材料在制備氣體吸附劑、鋰離子電池負極材料、超級電容器或催化劑載體中的應用。