一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法技术

本发明专利技术涉及制备石墨化碳技术领域，且公开了一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，包括以下步骤：a、配料挑选：(1)原料：玉米秸秆粉；该种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，利用液化

【技术实现步骤摘要】
一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法


[0001]本专利技术涉及制备石墨化碳
，具体为一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法。

技术介绍

[0002]玉米秸秆作为可再生的生物质资源，在自然界中分布广泛，资源十分充足。玉米秸秆主要成分为纤维素、半纤维素、木质素，是人类从很早就开始利用的一种能源物质，而如何合理处理秸秆作物一直是环境问题中待解决的热点之一。以玉米秸秆为原料制备石墨材料在一定程度上实现了玉米秸秆的高值化利用。
[0003]目前玉米秸秆液化技术主要有微波化学液化，催化夜化、水热液化、快速热解液化、酶解发酵液化、超/近临界技术。利用各种液化技术加工玉米秸秆得到生物油、乙醇、树脂、聚氨酯等直接产品的研究有很多，但液化技术似乎正在面临一个壁垒。一方面一些液化反应需要添加催化剂来促进反应，通过提高液化率来得到更多的有利因素来制备相应的产品，这时就会利用浓硫酸等强酸强碱作为催化剂，不可避免需要考虑试剂的强腐蚀性对实验操作、废液处理及环境等方面的影响。而另一方面采用相对温和的催化剂加入反应体系中时，液化效果与前者相比就会降低甚至大打折扣。因此，如何把这两种分化情况平衡起来，通过完善实验条件和技术手段，能够利用更温和的条件和试剂制备出更高质量、高性能的产品，将成为未来长期考察和探寻的研究方向。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，解决了
技术介绍
提出的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，包括以下步骤：
[0008]a、配料挑选：
[0009](1)原料：玉米秸秆粉。
[0010](2)试剂：聚乙二醇、丙三醇、羟基乙叉二磷酸、乙酰丙酮铁、二茂铁、柠檬酸铁、草酸铁、无水乙醇和盐酸。
[0011]b、玉米秸秆液化：称取10.0g玉米秸秆粉置入高压反应釜中，向高压反应釜中加入聚乙二醇和甘油按7:3的质量比复配而成的多元醇作为液化剂，加入0.3g羟基乙叉二磷酸作为催化剂；拧紧反应釜放入预热后的真空干燥箱中进行液化反应，反应温度为140℃，到预定温度后恒温保持5.0h，结束实验反应后将反应釜冷却至室温。
[0012]c、液化率测定：
[0013](1)利用过滤的方法将玉米秸秆粉中没有发生反应的部分与反应体系分离，分出4
组不同固液比例的液化产物。
[0014](2)分别将4组不同固液比例的玉米秸秆液化产物置于连接真空泵的布氏漏斗中，用蒸馏水冲洗液化产物至滤液无色，将得到的抽滤残渣置于105℃的恒温鼓风干燥箱中烘干至恒重，液化得率计算公式如下：
[0015][0016]其中，Y1为液化得率(％)；
[0017]m0为液化过程中所用的秸秆质量(g)；
[0018]m1为液化残渣的质量(g)。
[0019]d、液化产物制备石墨碳：
[0020](1)液化产物的炭化：称取一定质量的玉米秸秆液化混合产物置于刚玉坩埚中，将坩埚推至管式炉中段后连接密封管式炉两端；设定炭化反应的温度的为400
‑
600℃，升温速率为5℃/min，反应温度达到设定温度后恒温保持1.0h。反应结束降至室温后，取出坩埚，将煅烧产物经20wt％的无水乙醇浸泡、研磨、抽滤，最后在80℃下干燥12.0h，即得到玉米秸秆液化产物碳。
[0021](2)炭化收率的计算：
[0022][0023]Y2
‑
炭化收率(％)；
[0024]m3
‑
炭化产物质量(g)。
[0025](3)炭化产物石墨化：称取1.0g炭化产物分别与考察浓度的乙酰丙酮铁、二茂铁、草酸铁、柠檬酸铁四种不同铁系石墨化催化剂混合，按照(1)中反应温度升高至400℃后保持1.0h；继续升温至考察温度，升温速率为2℃/min，保持1.0h，反应结束降至室温后，取出坩埚，将煅烧产物取出经研磨、盐酸溶液浸泡、超声1.0h去除铁、抽滤，最后在80℃下干燥12.0h后得到玉米秸秆液化产物的石墨化碳。
[0026]优选地，所述步骤a中的乙酰丙酮铁、二茂铁、柠檬酸铁、草酸铁、无水乙醇和盐酸的标准均为分析纯。
[0027]优选地，所述步骤d中将坩埚推至管式炉中段后连接密封管式炉两端后，需通入氮气0.5h以确保反应的惰性气体环境。
[0028](三)有益效果
[0029]与现有技术对比，本专利技术具备以下有益效果：
[0030]1、该种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，利用液化
‑
炭化
‑
石墨化组合技术创新，玉米秸秆粉与反应液化剂的用量配比为1:2，炭化温度为600℃，石墨化温度为850℃，石墨化催化剂为乙酰丙酮铁且催化剂用量为7.0mmol/g炭化产物时，成功制备了玉米秸秆基石墨化碳，其ID/IG数值最小为0.73，2θ＝26.38
°
；在此条件下，与玉米秸秆直接石墨化相比，显示出更好的石墨化程度、微观片层结构和更小的缺陷。由此提出玉米秸秆制备石墨化碳过程机制，为玉米秸秆向高质化材料制备及利用提供了一条切实可行的途径。
[0031]2、该种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，利用组合技术创新，由价廉的木
质生物质原料玉米秸秆制备石墨碳材料，为剥离高质量的石墨烯提供基础材料。
附图说明
[0032]图1为催化石墨化的过程原理模拟图；
[0033]图2为液化产物炭化未完全炭化状态图；
[0034]图3为液化产物炭化完全炭化状态图；
[0035]图4为固液比对液化率和炭化产率的影响图；
[0036]图5为不同固液比制备的玉米秸秆基石墨化碳的拉曼光谱图；
[0037]图6为不同固液比制备的玉米秸秆基石墨化碳的X射线衍射图；
[0038]图7为不同催化剂用量制备的玉米秸秆基石墨化碳的拉曼光谱图；
[0039]图8为不同催化剂用量制备的玉米秸秆基石墨化碳的X射线衍射图；
[0040]图9为不同石墨化温度下制备的玉米秸秆基石墨化碳的拉曼光谱图；
[0041]图10为玉米秸秆原料的SEM图；
[0042]图11为玉米秸秆直接制备石墨化碳的SEM图；
[0043]图12为除铁前被退火冷却的铁包裹的石墨化碳的SEM图；
[0044]图13为不同放大倍数的酸洗后石墨化碳的SEM图；
[0045]图14为玉米秸秆原料的X射线衍射图；
[0046]图15为玉米秸秆基石墨化碳的X射线衍射图；
[0047]图16为玉米秸秆在不同温度下直接炭化石墨化的拉曼光谱图；
[0048]图17为玉米秸秆基石墨化碳的拉曼光谱图；
[0049]图18为玉米秸秆的红外光谱图；
[0050]图19为玉米秸秆基石墨化碳的红外光谱图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用玉米秸秆液化法制备石墨化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、配料挑选：(1)原料：玉米秸秆粉。(2)试剂：聚乙二醇、丙三醇、羟基乙叉二磷酸、乙酰丙酮铁、二茂铁、柠檬酸铁、草酸铁、无水乙醇和盐酸。b、玉米秸秆液化：称取10.0g玉米秸秆粉置入高压反应釜中，向高压反应釜中加入聚乙二醇和甘油按7:3的质量比复配而成的多元醇作为液化剂，加入0.3g羟基乙叉二磷酸作为催化剂；拧紧反应釜放入预热后的真空干燥箱中进行液化反应，反应温度为140℃，到预定温度后恒温保持5.0h，结束实验反应后将反应釜冷却至室温。c、液化率测定：(1)利用过滤的方法将玉米秸秆粉中没有发生反应的部分与反应体系分离，分出4组不同固液比例的液化产物。(2)分别将4组不同固液比例的玉米秸秆液化产物置于连接真空泵的布氏漏斗中，用蒸馏水冲洗液化产物至滤液无色，将得到的抽滤残渣置于105℃的恒温鼓风干燥箱中烘干至恒重，液化得率计算公式如下：其中，Y1为液化得率(％)；m0为液化过程中所用的秸秆质量(g)；m1为液化残渣的质量(g)。d、液化产物制备石墨碳：(1)液化产物的炭化：称取一定质量的玉米秸秆液化混合产物置于刚玉坩埚中，将坩埚推至管式炉中段后连接密封管式炉两端；设定炭化反应的温度为400
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【专利技术属性】
技术研发人员：牟莉，付垚，代硕，刘宇航，佟奇，孟祥龙，
申请(专利权)人：长春大学，
类型：发明
国别省市：