一种采用废纸制备碳化硅的方法技术

一种采用废纸制备碳化硅的方法。本发明专利技术属于环保、能源、催化、吸波、生物传感、半导体材料领域，具体涉及一种采用废纸制备碳化硅的方法。本发明专利技术是要解决现有废纸利用率低、制备SiC材料成本高的问题。方法：一、纸浆回收；二、碳化处理；三、烧结，即得到由废纸制备的SiC。本发明专利技术主要用于纸张高效回收以及碳化硅生产。

【技术实现步骤摘要】
一种采用废纸制备碳化硅的方法
本专利技术属于环保、能源、催化、吸波、生物传感、半导体材料领域，具体涉及一种采用废纸制备碳化硅的方法。
技术介绍
宽带隙的碳化硅(SiC)是具有一系列优异性能的半导体材料，其优良的热传导率、低热膨胀系数、高机械性能、耐腐蚀和抗氧化性、良好的热稳定性和化学稳定性等使碳化硅广泛应用于汽车、航空航天、化工、石油钻探、雷达隐身等领域。现阶段，特殊形貌的SiC材料普遍价格昂贵。寻找能够生产成本低廉、性能优异的SiC材料制备方法的需求越来越广泛和迫切。探索了一种绿色途径，用废纸作为原材料，制备出了高附加值的碳化硅粉体。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有废纸利用率低、制备SiC材料成本高的问题，而提供一种采用废纸制备碳化硅的方法。本专利技术一种采用废纸制备碳化硅的方法具体是按以下步骤完成的：一、纸浆回收：将废纸依次进行分离、漂洗、过滤和干燥，回收废纸纤维素并制浆，得到废纸浆；二、碳化处理：将废纸浆在惰性气体保护下进行炭化处理，得到纤维素基碳骨架；三、烧结：将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，然后烧结，再冷却至室温，得到碳化硅。本专利技术的有益效果：一、本专利技术开发了一种废纸资源化、变废为宝的方法，赋予废纸高附加值，实现生物质纤维素资源的高效利用。二、本专利技术提供一种新型SiC的制备方法，该SiC材料采用废纸纤维素作为碳源、硅粉和二氧化硅为硅源，然后在惰性气体环境下进行高温烧结，最终制备出由废纸生产的SiC材料，制备的SiC材料吸波性能优异。三、通过改变烧结温度可调节由废纸生产的SiC材料的形貌、纳米线数量以及长度；四、通过改变由废纸生产的SiC材料的形貌、纳米线数量以及长度可以制备出具有优异吸波性能的SiC。附图说明图1为实施例1步骤一得到的废纸浆的SEM图。图中回收后纸张纤维素以层状结构搭接，纤维素的平均厚度为10μm。图2为实施例1制备的SiC的SEM图，1400℃下制备的SiC基本保持回收处理后纸张的微观形貌。图3为实施例1、实施例2和实施例3制备的SiC的XRD对比图；图4为实施例2制备的SiC的SEM图；图5为实施例3制备的SiC的SEM图；图6是实施例3制备的SiC的反射损耗与频率、厚度的关系图；图7为实施例3制备的SiC的HRTEM图；图8为实施例3制备的SiC的选区电子衍射图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种采用废纸制备碳化硅的方法具体是按以下步骤完成的：一、纸浆回收：将废纸依次进行分离、漂洗、过滤和干燥，回收废纸纤维素并制浆，得到废纸浆；二、碳化处理：将废纸浆在惰性气体保护下进行炭化处理，得到纤维素基碳骨架；三、烧结：将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，然后烧结，再冷却至室温，得到碳化硅。本实施方式在SiC生成的过程中，体系中会发生如下化学反应：固-气反应:C(s)+Si(s)＝SiC(s)(1)SiO(g)+2C(s)＝SiC(s)+CO(g)(2)气相反应:SiO2(s)+Si(s)＝2SiO(g)(3)SiO2(s)+C(s)＝SiO(g)+CO(g)(4)C(s)+CO2(g)＝2CO(g)(5)SiO(g)+3CO(g)＝SiC(s)+2CO2(g)(6)本实施方式开发了一种废纸资源化、变废为宝的方法，赋予废纸高附加值，实现生物质纤维素资源的高效利用。本实施方式提供一种新型SiC的制备方法，该SiC材料采用废纸回收纤维素作为碳源、硅粉和二氧化硅为硅源，然后在惰性气体环境下进行高温烧结，最终制备出由废纸生产的SiC材料，制备的SiC材料吸波性能优异；本实施方式通过改变烧结温度可调节由废纸生产的SiC材料的形貌、纳米线数量以及长度；本实施方式通过改变由废纸生产的SiC材料的形貌、纳米线数量以及长度可以制备出具有优异吸波性能的SiC。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述废纸为普通文化用纸废纸。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述分离过是将废纸切成碎片加入到蒸馏水中，以2000r/min转速搅拌分散20～40h；所述废纸的质量与蒸馏水的体积比为1g:(45～55)mL。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述漂洗是通过蒸馏水反复冲洗。其它与具体实施方式一至三之一相同。本实施方式的目的是除去分散液中的污垢和填料。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述过滤为真空抽滤。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述干燥是在温度为100～120℃下进行干燥。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述炭化处理是在温度为750～850℃下处理2～3h。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述所述惰性气体为氮气或氩气。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述干燥的温度为40～100℃，时间为0.2～4h。其它与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述反应硅源为硅粉，所述纤维素基碳骨架中C元素与反应硅源硅源中Si元素的摩尔比(1.5～2.5):1。其它与具体实施方式一至九之一相同。具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤三中将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，然后烧结，再冷却至室温，得到碳化硅具体是按以下步骤进行的：将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，得到盛有反应物的刚玉坩埚；以氩气作保护气，将盛有反应物的刚玉坩埚在温度为1400～1600℃下烧结3h，冷却至室温，得到碳化硅。其它与具体实施方式一至十之一相同。通过以下实施例验证本专利技术的有益效果：实施例1：一种采用废纸制备碳化硅的方法具体是按以下步骤完成的：一、纸浆回收：将2g普通文化用纸废纸切成碎片加入到100mL蒸馏水中，以每分钟2000转转速搅拌分散20h，由大量蒸馏水反复冲洗掉分散液中的污垢和填料，采用真空抽滤方法进行过滤收集回收纤维素，将过滤后纤维素于105℃下干燥处理，得到废纸浆；二、碳化处理：将废纸浆在氮气或氩气保护下在温度为800℃下处理2h，得到纤维素基碳骨架；三、烧结：将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，得到盛有反应物的刚玉坩埚；以氩气作保护气，将盛有反应物的刚玉坩埚在温度为1400℃下烧结3h，冷却至室温，得到碳化硅；所述纤维素基碳骨架中C元素与反应硅源硅源中Si元素的摩尔比2:1。实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤三中将盛有反应物的刚玉坩埚在温度为1500℃下烧结3h。其他与实施例1相同。实施例3：本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤三中将盛有反应物的刚玉坩埚在温度为1600℃下烧结3h。其他与实施例1相同。图1为实施例1步骤一得到的废纸浆的SEM图。图中回收后纸张纤维素以层状结构搭接，纤维素的平均厚度为10μm。图2为实施例1制备的SiC的SEM图，1400℃下制备的SiC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用废纸制备碳化硅的方法，其特征在于采用废纸制备碳化硅的方法具体是按以下步骤完成的：一、纸浆回收：将废纸依次进行分离、漂洗、过滤和干燥，回收废纸纤维素并制浆，得到废纸浆；二、碳化处理：将废纸浆在惰性气体保护下进行炭化处理，得到纤维素基碳骨架；三、烧结：将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，然后烧结，再冷却至室温，得到碳化硅。

【技术特征摘要】
1.一种采用废纸制备碳化硅的方法，其特征在于采用废纸制备碳化硅的方法具体是按以下步骤完成的：一、纸浆回收：将废纸依次进行分离、漂洗、过滤和干燥，回收废纸纤维素并制浆，得到废纸浆；二、碳化处理：将废纸浆在惰性气体保护下进行炭化处理，得到纤维素基碳骨架；三、烧结：将纤维素基碳骨架包裹在反应硅源内部，然后烧结，再冷却至室温，得到碳化硅。2.根据权利要求1所述的一种采用废纸制备碳化硅的方法，其特征在于步骤一中所述废纸为普通文化用纸废纸。3.根据权利要求1所述的一种采用废纸制备碳化硅的方法，其特征在于步骤一中所述分离过是将废纸切成碎片加入到蒸馏水中，以2000r/min转速搅拌分散20～40h；所述废纸的质量与蒸馏水的体积比为1g:(45～55)mL。。4.根据权利要求1所述的一种采用废纸制备碳化硅的方法，其特征在于步骤一中所述漂洗是通过蒸馏水反复冲洗。5.根据权利要求1所述的一种采用废纸制备碳化硅的方法，其特征在于步骤一中所述过滤为真空抽滤。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志江，兰晓琳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23