[發(fā)明專利]一種利用廢棄秸稈制備碳?xì)饽z的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202211243742.8
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115646379A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)圣軍;程利萍;劉波;張宇燕;韓丹;田國梁;李怡俊;聶敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國天楹股份有限公司
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳亮亮

本發(fā)明公開了一種利用廢棄秸稈制備碳?xì)饽z的方法，將廢棄秸稈預(yù)處理后碾磨粉碎成粒徑不超過1cm的廢棄秸稈粉體或廢棄秸稈碎塊；將得到的廢棄秸稈粉體或廢棄秸稈碎塊放入磨盤型固相力化學(xué)反應(yīng)器中碾磨粉碎得到粒徑不超過4mm的廢棄秸稈超細(xì)粉體；將質(zhì)量份70～90的廢棄秸稈超細(xì)粉體和質(zhì)量份10～30的聚乙烯醇混合制備混合料；將制備的混合料加入去離子水?dāng)嚢璩蓱覞嵋海缓髮覞嵋涸?5～95℃溫度下攪拌加熱2～3h，最后冷卻凝固形成PVA/Straw復(fù)合氣凝膠；將PVA/Straw復(fù)合氣凝膠進(jìn)行碳化處理，制備得到碳?xì)饽z。本發(fā)明緩解了資源浪費(fèi)現(xiàn)象并省去了纖維素提取步驟的能耗和污染，大幅提升制備所得碳?xì)饽z的各項(xiàng)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備碳?xì)饽z的方法，特別是一種利用廢棄秸稈制備碳?xì)饽z的方法，屬于碳?xì)饽z制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳?xì)饽z是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型多孔碳材料，其具有孔隙率高、比表面積大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于催化劑載體、電容器及吸附材料等領(lǐng)域。但由于其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，周期長、成本高且還會造成環(huán)境污染等問題，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。因而人們不斷尋找儲量豐富、價格低廉、環(huán)保的前驅(qū)體替代物。生物質(zhì)材料來源廣、可再生、成本低，利用其制備環(huán)保型多孔碳?xì)饽z在探索生物質(zhì)原料的高值化、功能化利用和降低碳?xì)饽z成本方面起著關(guān)鍵作用。

生物質(zhì)材料中，纖維素是自然界中最常見的有機(jī)聚合物，天然纖維素不但來源豐富，而且具有良好的生物相容性、可降解性、高強(qiáng)度和模量等，是制備碳?xì)饽z的熱點(diǎn)原料。生物質(zhì)纖維素基碳?xì)饽z的原材料主要來自植物及其加工物。木/竹材中的纖維素含量最為豐富，木材纖維素含量約為45％，竹材纖維素含量在40％～60％之間。此外，其他植物及其加工物也是纖維素的主要來源，如棉花、秸稈、果蔬、草漿、微晶纖維素、廢舊報(bào)紙等。在這些植物纖維素資源中，木/竹纖維素的力學(xué)性能優(yōu)良，棉花纖維素純度最高，果蔬纖維素形態(tài)比木材和竹材略差，但比麥草等纖維略強(qiáng)。其他生物質(zhì)纖維素，如細(xì)菌纖維素，也是制備碳?xì)饽z的原材料之一，但其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于植物纖維素原料。

根據(jù)纖維素形態(tài)差異，可將生物質(zhì)纖維素基碳?xì)饽z制備方法分為凝膠炭化法和生物質(zhì)直接炭化法。凝膠炭化法首先采用溶膠－凝膠法制備前驅(qū)體凝膠，然后干燥得到氣凝膠，最后通過炭化處理制備碳?xì)饽z，該類纖維素基碳?xì)饽z根據(jù)纖維素形態(tài)不同又可分為天然纖維素基碳?xì)饽z和再生纖維素基碳?xì)饽z。生物質(zhì)直接炭化法采用富含纖維素的天然生物質(zhì)材料直接進(jìn)行水熱炭化或高溫炭化處理，去除雜質(zhì)后獲得纖維素基碳?xì)饽z。

盡管生物質(zhì)基碳?xì)饽z研究快速發(fā)展，并且已經(jīng)取得一定成果，但是制備過程較為繁瑣，而且在機(jī)械強(qiáng)度、吸附能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上競爭力較弱，在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用過程中還面臨諸多挑戰(zhàn)。然而，植物纖維素基碳?xì)饽z的發(fā)展也存在如資源利用不充分等弊端。植物中除了纖維素外，還有半纖維素、木質(zhì)素等成分，大部分植物纖維素基碳?xì)饽z在制備的過程中都需要溶劑進(jìn)行纖維素的溶解、提取和純化，這就造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。此外，使用溶劑進(jìn)行纖維素的溶解還會對環(huán)境造成污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用廢棄秸稈制備碳?xì)饽z的方法，省去纖維素提取步驟并提升碳?xì)饽z的各項(xiàng)性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種利用廢棄秸稈制備碳?xì)饽z的方法，其特征在于包含以下步驟：

S1、將廢棄秸稈預(yù)處理后碾磨粉碎成粒徑不超過1cm的廢棄秸稈粉體或廢棄秸稈碎塊；

S2、將得到的廢棄秸稈粉體或廢棄秸稈碎塊放入磨盤型固相力化學(xué)反應(yīng)器中碾磨粉碎得到粒徑不超過4mm的廢棄秸稈超細(xì)粉體；

S3、將質(zhì)量份70～90的廢棄秸稈超細(xì)粉體和質(zhì)量份10～30的聚乙烯醇混合制備混合料；