一種木粉催化石墨化的方法
2023-06-02 00:28:36 4
專利名稱：一種木粉催化石墨化的方法
一種木粉催化石墨化的方法技術領域：
本發明涉及一種生物質催化石墨化的方法，具體地說是一種木粉催化石墨化的方法。二、背景技術
關於對木材等生物質的催化石墨化研究國內比較少，主要有大連物化所和瀋陽金屬所等在做相關的研究工作，國外日本和西班牙的課題組研究的比較多。1997年Nagle等第一次研究了鬱金香樹在炭化過程中密度、尺寸收縮、聲速、殘炭率和結晶度隨溫度變化情況，並通過XRD測試證實在2500°C下炭化，材料組分仍是以無定形炭為主，只不過隨著溫度的增加，碳結構的有序化程度增加。1999年Cheng等研究了木材、竹及相應的酚醛樹脂浸漬過的陶瓷材料在1300-3000°C下的石墨化行為，結果發現木炭和樹脂炭即使在高溫下其dQQ2 和Lc值也只有0. 341nm和9nm，進一步證實了樹脂炭和木炭屬於非石墨化炭材料。隨著炭化的進一步深入研究，2001年Kim等人在前面研究的基礎上，分別採用動物纖維素、藻類植物、亞麻為原料，將炭材料在500°C下炭化，200(TC下石墨化，結果發現在炭化過程中只有動物纖維素呈現石墨結構的100和101衍射峰，大部分為無定形炭結構。2003年toaki首次採用乙酸鎳為催化劑在低於1000°C下催化樺樹中的木質素。研究發現催化劑的加入可以有效降低石墨化溫度，實現生物質的催化石墨化，但由於溫度不是很高(1000°C )，在此溫度下的石墨碳的cU只有0. 339nm。隨後Hata課題組和kvilla課題組分別用不同的金屬催化劑(Al、Fe、Ni、Mn、Fe (NO3) 3、Ni (NO3) 2、Al2O3)在低溫下實現了生物質的低溫石墨化。大連物化所的Wang等將導電聚合物吡咯加入到生物質中(纖維紙、棉花、木材)，用FeCl3作催化劑，藉助微波加熱和聚合物吸熱來實現生物質的低溫催化石墨化。但上述方法熱處理溫度較高，工藝較複雜。三、發明內容
本發明是為了避免上述現有技術的不足之處，提供一種石墨化溫度低、石墨化度高的木粉催化石墨化的方法。
本發明解決技術問題採用如下技術方案
本發明木粉催化石墨化的方法的特點在於以納米三氧化二鐵或納米鎳為催化劑對木粉催化石墨化；所述木粉是將杉木粉粉碎過篩後得到，所述木粉的粒徑小於38 μ m。
本發明木粉催化石墨化的方法的特點也在於按以下步驟操作將納米三氧化二鐵或納米鎳加入木粉中混合均勻，得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料升溫至石墨化溫度保溫2小時即可；所述石墨化溫度為900-1600°C ；所述納米三氧化二鐵或納米鎳的添加量以鐵或鎳計，為木粉質量的3-15%。
本發明木粉催化石墨化的方法的特點也在於升溫至石墨化溫度的升溫速率為 3 °C /min0
本發明木粉催化石墨化的方法的特點也在於石墨化溫度優選1600°C。
與已有技術相比，本發明的有益效果體現在
1、本發明使用的催化劑三氧化二鐵或鎳粉容易得到，且價格低廉；
2、本發明方法製備的石墨化材料工藝簡單，石墨化溫度低，且製備的石墨化材料的石墨化度高，石墨化度可達100%。四
圖1是1600°C下添加不同納米三氧化二鐵催化劑含量時石墨化材料的XRD圖。
圖2是1600°C下不同納米鎳催化劑含量時石墨化材料的XRD圖。
圖3是納米三氧化二鐵添加量為6%時不同石墨化溫度下石墨化材料的XRD圖。
圖4是納米鎳添加量為6%時不同石墨化溫度下石墨化材料的XRD圖。五具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的描述。
實施例1:
將杉木粉粉碎過篩得到粒徑小於38 μ m的木粉，將納米三氧化二鐵加入木粉中混合均勻，得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料以3°C /min的升溫速率升溫至1600°C 並保溫池即得到石墨化材料；納米三氧化二鐵的添加量分別為木粉質量的Owt^dwt^、 6wt%、10wt%、15wt%。
經X射線衍射(圖1)研究發現本實施例製備的石墨化材料的2Θ分別為 26. 04 ° ,26. 34 ° ,26. 51 ° ,26. 5 ° ,26. 56 °，相應的 dQ(12 值依次分別為 0. 3419nm、 0. 3381nm、0. 3354nm,0. 3361nm、0. 3353nm,。由此可見，隨著催化劑添加量從O %增加到 15%，石墨間距從0. 3419nm降低到0. 3353nm，理想石墨的晶面間距為0. 3354nm, (002)衍射角為沈.56°。當納米三氧化二鐵的添加量為15%時，為最佳濃度，在此催化劑濃度下炭材料的石墨化度為100%。
實施例2
將杉木粉粉碎過篩得到粒徑小於38 μ m的木粉，將納米鎳加入木粉中混合均勻， 得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料以3°C /min的升溫速率升溫至1600°C並保溫 2h即得到石墨化材料；納米三氧化二鐵的添加量分別為木粉質量的Owt^dwt^jwt^i、 10wt%U5wt%o
經X光衍射(圖2)發現本實施例製備的石墨化材料的2 θ分別為沈.04°、 26. 24° ,26. 5°、26. 48°、26. 52°，相應的 Clcitl2 值分別為 0. 3419nm、0. 3394nm、0. 3359nm、 0. 3361nm、0. 3358nm。由此可見，隨著催化劑添加量從O %增加到15%，石墨間距從 0. 3394nm分別降低到0. 3358nm,理想石墨的晶面間距為0. 3354nm, (002)衍射角為 26. 56°。當納米鎳粉的添加量為15%時，為最佳濃度，在此催化劑濃度下炭材料的石墨化度為95. 3%。
實施例3
將杉木粉粉碎過篩得到粒徑小於38 μ m的木粉，將納米三氧化二鐵加入木粉中混合均勻，納米三氧化二鐵的添加量為木粉質量的6wt%，得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料以3°C /min的升溫速率依次升溫至900°C、1200°C、140(rC和1600°C並分別保溫2h即得到不同石墨化溫度下製備的石墨化材料。
經X射線衍射(圖3)研究發現本實施例製備的石墨化材料的2 θ分別為 26.06° ,26. 14° ,26. 34° ^P 26. 56°，相應的 dQ(l2 值分別為 0. 3415nm、0. 3406nm、0. 3381nm 和0. 3353nm。由此可見，隨著石墨化溫度從900°C增加到1600°C，石墨間距從0. 3415nm降低到0. 3353nm，理想石墨的晶面間距為0. 3354nm, (002)衍射角為26. 56°。當石墨化溫度為1600°C時，為最佳溫度，在此溫度下炭材料的石墨化度為100%。
實施例4
將杉木粉粉碎過篩得到粒徑小於38 μ m的木粉，將納米鎳加入木粉中混合均勻， 納米鎳的添加量為木粉質量的6wt%，得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料以3°C /min 的升溫速率依次升溫至900°C、1200°C、140(rC和1600°C並分別保溫2h即得到不同石墨化溫度下製備的石墨化材料。
經X射線衍射(圖4)研究發現本實施例製備的石墨化材料的2 θ分別為 26.13° ,26. 26° ,26. 48° ^P 26. 50°，相應的 dQ(l2 值分別為 0. 3406nm、0. 3391nm、0. 3363nm 和0. 3361nm。由此可見，隨著石墨化溫度從900°C增加到1600°C，石墨間距從0. 3406nm降低到0. 3361nm，理想石墨的晶面間距為0. 3354nm, (002)衍射角為26. 56°。而衍射角在碳化溫度到達1400°C，角度就達到了 26. 48°，接近理想石墨的衍射角，這表明鎳粉催化杉木粉可以在較低的溫度下實現無定形碳到石墨的轉化，當石墨化溫度為1600°C時，為最佳溫度，在此溫度下炭材料的石墨化度為93%。
權利要求
1.一種木粉催化石墨化的方法，其特徵在於以納米三氧化二鐵或納米鎳為催化劑對木粉催化石墨化；所述木粉是將杉木粉粉碎過篩後得到，所述木粉的粒徑小於38 μ m。
2.根據權利要求1所述的木粉催化石墨化的方法，其特徵在於按以下步驟操作將納米三氧化二鐵或納米鎳加入木粉中混合均勻，得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料升溫至石墨化溫度保溫2小時即可；所述石墨化溫度為900-1600°C ；所述納米三氧化二鐵或納米鎳的添加量以鐵或鎳計，為木粉質量的3-15%。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於升溫至石墨化溫度的升溫速率為3°C/min0
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於石墨化溫度為1600°C。
全文摘要
本發明公開了一種木粉催化石墨化的方法，是以納米三氧化二鐵或納米鎳為催化劑對木粉催化石墨化；具體是將納米三氧化二鐵或納米鎳加入木粉中混合均勻，得到預混料；在氮氣保護下將所述預混料升溫至石墨化溫度保溫2小時即可；所述石墨化溫度為900-1600℃；所述納米三氧化二鐵或納米鎳的添加量以鐵或鎳計，為木粉質量的3-15％。本發明方法製備的石墨化材料工藝簡單，石墨化溫度低，且製備的石墨化材料的石墨化度高，石墨化度可達100％。
文檔編號C01B31/04GK102502598SQ201110326928
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者史鐵鈞, 譚德新 申請人:合肥工業大學