[發明專利]一種脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202211373385.7
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115571878A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 姚惠娟;霍維晶;張國偉;馬建梅;薛英豪;石劍;任慶功;李為民
• 申請（專利權）人: 克拉瑪依職業技術學院
• 主分類號: C01B32/318
• 分類號: C01B32/318;C01B32/348;C01B32/342
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 荊曉紅

本發明涉及一種脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的制備方法。主要解決了現有制備木質素改性酚醛樹脂過程中反應時間過長、木質素反應活性低導致其替代苯酚的量少的問題。其特征在于：包括以下步驟：步驟A、將苯酚和木質素混合，然后加入鹵素酸，得到苯酚和木質素的混合物；步驟B、將得到的苯酚和木質素的混合物中加入甲醛溶液，采用堿催化劑，加熱反應，然后加入固化劑，升高溫度，繼續攪拌，過濾分離得脫甲基化木質素改性酚醛樹脂微球；步驟C、制備得到脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球。該制備方法，大大縮短了反應時間，同時處理后的脫甲基化木質素替代苯酚的量可高達70%。

技術領域

本發明涉及碳材料制備及應用領域，特別涉及一種脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的制備方法及其應用。

背景技術

多孔碳材料具有良好的熱穩定性和化學穩定性、良好的導熱和導電特性，且具有非常高的比表面積和大的孔容。酚醛樹脂是一種碳前驅體，經過炭化與活化處理后可以制備成性能優異的多孔碳材料，在吸附材料、電極材料等領域具有良好的應用前景。由于其原料酚類和甲醛屬于石油基產品，成本過高并且對環境不友好，采用生物質材料木質素來替代苯酚來合成木質素改性酚醛樹脂，但由于木質素的反應活性有限，反應時間過長，不能完全替代苯酚參與反應。（Qinggong Ren,Yinghao Xue, Zhijian Cui, et al. Preparationof lignin based phenolic resin microspheres with controllable particle andits application in capacitors[J]. Diamond and Related Materials, 2022, 125(10900): 1-7.）因此，對木質素進行脫甲基化處理是未來的發展趨勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服背景技術中存在的現有制備木質素改性酚醛樹脂過程中反應時間過長、木質素反應活性低導致其替代苯酚的量少的問題，而提供一種脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的制備方法，該脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的制備方法，大大縮短了反應時間，同時處理后的脫甲基化木質素替代苯酚的量可高達70%（質量分數）。采用炭化活化法制備的脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的比表面積達到了1989m²/g，孔體積達3.99cm³/g。制備的脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球具有良好的吸附性能和電化學性能。

本發明解決其問題可通過如下技術方案來達到：該脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球的制備方法，包括以下步驟：

步驟A、將苯酚和木質素混合，然后加入鹵素酸，攪拌，得到苯酚和木質素的混合物；

步驟B、將步驟A得到的苯酚和木質素的混合物中加入甲醛溶液，采用堿催化劑，攪拌加熱，反應6~8小時，然后加入固化劑，升高溫度，繼續攪拌，過濾分離得脫甲基化木質素改性酚醛樹脂微球；

步驟C、將步驟B得到的脫甲基化木質素改性酚醛樹脂微球進行高溫炭化與活化，制備得到脫甲基化木質素改性酚醛樹脂多孔碳微球。

優選的，所述步驟A的木質素與苯酚的質量比為1:0.4~1:9。

優選的，所述的鹵素酸為氯化氫或溴化氫中的任意一種。

優選的，所述鹵素酸占苯酚與木質素的質量分數為2wt%~4wt%。

優選的，所述步驟B苯酚與甲醛的摩爾比為1:1.1~1.5。

優選的，所述堿催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水的任意一種。

優選的，所述堿催化劑占苯酚與木質素的質量分數為4wt%~6wt%。

優選的，所述步驟A攪拌溫度為90~95℃；攪拌時間為2小時；步驟B采用堿催化劑后攪拌加熱溫度為85~90℃；加入固化劑后升高溫度至95~100℃，繼續攪拌2~4小時；所述固化劑為六次甲基四胺。