專利名稱：一種生物質(zhì)基膠體碳的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)基膠體碳的制備方法，具體涉及一種用稀酸水解秸稈中的半纖維素、用稀堿溶解秸稈中的木質(zhì)素、用濃酸水解秸稈中的纖維素制備生物質(zhì)基膠體碳及酸液循環(huán)利用的新方法。
背景技術(shù)：
膠體碳具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等特性，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的碳材料，成為目前各國(guó)科研工作者研究的熱點(diǎn)。膠體碳因獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，使其能夠應(yīng)用于催化劑載體、電極材料、模板劑、藥物緩釋劑、吸附劑等領(lǐng)域。膠體碳作為一種新型的綠色模板，利用其制備金屬納米粒子/碳球的核/殼結(jié)構(gòu)及氧化鎵與氮化鎵的空心球結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用膠體碳球?yàn)槟０逯苽銼i02、Ti02、Sr^2空心球，更顯示了膠體碳球在金屬或金屬氧化物納米材料制備中的應(yīng)用潛力。目前，膠體碳的研究國(guó)內(nèi)外都較少，其傳統(tǒng)的制備方法是以葡萄糖、蔗糖、果糖、淀粉、環(huán)式糊精、呋喃甲醇等純凈的有機(jī)物分子為原料，通過水熱合成法制備粒度均勻、分散性良好的膠體碳。Shin ^ngs00n等人用α、β、γ三種環(huán)式糊精為原料，在160°C水熱封閉體系下反應(yīng)2 12小時(shí)制備70 150納米的膠體碳。Li ^dong等人以果糖為原料，在 170 180°C條件下水熱合成200 1500納米、表面具有大量羥基與羰基、親水性良好的膠體碳。Yao Jianfeng等人以呋喃甲醇為原料制備出粒徑為260 1500納米的膠體碳。專利CNI01351403A公開了一種用于制造均勻分散于水溶液中的膠體碳納米顆粒的方法和設(shè)備，所述方法包括制備具有碳氧化電極和相反電極的電解池，該電解池包含電解液和碳； 并且通過以恒電壓模式或恒電流模式在碳氧化電極和相反電極之間施加電20 500小時(shí)以保持碳氧化電極的電流密度為3 20mA/cm2來實(shí)施碳的電解，使得電解池中的碳被氧化并且被微細(xì)分裂，并在碳的表面上產(chǎn)生梭基。此專利制備膠體碳的原料為碳，僅通過電解方法獲得膠體碳。本發(fā)明是在前期工作的基礎(chǔ)上，以來源廣泛、價(jià)格低廉的可再生資源生物質(zhì)為原料，采用先對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行酸水解，再利用其水解液原位縮聚碳化，制備出160 2000nm的膠體碳，此種以生物質(zhì)制備膠體碳的方法還未見專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種生物質(zhì)基膠體碳的制備方法。本發(fā)明(1)首先將秸稈與0. 5 5wt%的硫酸溶液按固液比1 5 8 (Kg/L)混合，在溫度為95 110°C條件下，水解30 90分鐘，過濾得木糖溶液和濾渣(I )；調(diào)木糖溶液的酸濃度為1 10wt%，在120 200°C反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)2 10小時(shí)，過濾固液分離；固體洗滌、干燥，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑160 ISOOnm的膠體碳球。(2)將(1)中所得濾渣(I )與濃度為0. 5 3mol/L的堿溶液按固液比1 5 8混合，在常壓煮沸反應(yīng)1 3小時(shí)，過濾分離濾渣(II )和濾液；濾液用酸中和、沉淀、過濾、水洗、干燥得木質(zhì)素粉體。(3)將O)中濾渣(II )與濃度為36 72wt%的硫酸按固液比為1 5 8混合，在溫度為50 60°C條件下，水解10 40分鐘，過濾得糖酸溶液，再升溫至60 95°C， 縮聚炭化反應(yīng)0. 5 6小時(shí)，過濾，固體洗滌、干燥，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑180 2000nm的膠體碳球；本發(fā)明的特征在于所述制備膠體碳的生物質(zhì)為稻殼、玉米芯、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物和鋸末、樹枝等林業(yè)廢棄物。本發(fā)明的特征在于步驟(1)中糖酸溶液縮聚炭化后，過濾所得濾液，調(diào)整酸濃度后，可以用于步驟( 中和反應(yīng)；步驟C3)中糖酸溶液縮聚炭化后，過濾所得濾液，調(diào)整酸濃度后，返回水解濾渣(II )工序，循環(huán)利用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將玉米芯與3wt%的硫酸溶液按固液比1 5(Kg/L)混合，在溫度為 95°C條件下，水解30分鐘，過濾得木糖溶液和濾渣(I )；調(diào)木糖溶液的酸濃度為3wt%，在 140°C反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)8小時(shí)，過濾固液分離；固體洗滌、干燥，制備出以木糖為前驅(qū)體、 粒徑1040nm的膠體碳球。實(shí)施例2 改變木糖溶液中酸濃度為5wt%，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑1123nm的膠體碳球。實(shí)施例3 改變水熱反應(yīng)溫度為180°C，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑1323nm的膠體碳球。實(shí)施例4 改變水熱反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑721nm的膠體碳球。實(shí)施例5 改變水解玉米芯的硫酸濃度為Iwt %，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑863nm的膠體碳球。實(shí)施例6 改變玉米芯與硫酸的固液比為1 8(Kg/L)，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑1186nm的膠體碳球。實(shí)施例7 改變玉米芯水解溫度為110°C，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑IlMnm的膠體碳球。實(shí)施例8 改變玉米芯水解時(shí)間為60分鐘，其他條件同實(shí)施例1，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑1068nm的膠體碳球。實(shí)施例9 將O)中濾渣(II )與濃度為65wt%的硫酸按固液比為1 5混合，在溫度為50°C條件下，水解20分鐘，過濾得糖酸溶液，再升溫至90°C，縮聚炭化反應(yīng)6小時(shí)， 過濾，固體洗滌、干燥，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑1130nm的膠體碳球。實(shí)施例10 改變水解濾渣(II )的硫酸濃度為50wt %，其他條件同實(shí)施例9，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑852nm的膠體碳球。實(shí)施例11 改變?yōu)V渣(II )與硫酸水解的固液比為1 8，其他條件同實(shí)施例9， 制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑1189nm的膠體碳球。實(shí)施例12 改變?yōu)V· ( II )的水解溫度為60°C，其他條件同實(shí)施例9，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑1203nm的膠體碳球。
實(shí)施例13 改變?yōu)V· ( II )的水解時(shí)間為30分鐘，其他條件同實(shí)施例9，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑1135nm的膠體碳球。實(shí)施例14 改變糖酸溶液的縮聚炭化反應(yīng)溫度為80°C，其他條件同實(shí)施例9，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑747nm的膠體碳球。實(shí)施例15 改變糖酸溶液的縮聚碳化反應(yīng)時(shí)間4小時(shí)，其他條件同實(shí)施例9，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑636nm的膠體碳球。實(shí)施例16 改變糖酸溶液的縮聚碳化反應(yīng)時(shí)間2小時(shí)，其他條件同實(shí)施例9，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑402nm的膠體碳球。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)基膠體碳的制備方法，其具體步驟如下(1)首先將生物質(zhì)與0.5 5wt%的硫酸溶液按固液比1 5 8(Kg/L)混合，在溫度為95 110°C條件下，水解30 90分鐘，過濾得木糖溶液和濾渣(I )；調(diào)木糖溶液的酸濃度為1 IOwt %，在120 200°C反應(yīng)釜中水熱反應(yīng)2 10小時(shí)，過濾固液分離；固體洗滌、干燥，制備出以木糖為前驅(qū)體、粒徑160 ISOOnm的膠體碳球。(2)將(1)中所得慮渣(I)與濃度為0. 5 3mol/L的堿溶液按固液比1 5 8混合，在常壓煮沸反應(yīng)1 3小時(shí)，過濾分離濾渣(II )和濾液；濾液用酸中和、沉淀、過濾、水洗、干燥得木質(zhì)素粉體。(3)將O)中慮渣(II)與濃度為36 72wt%的硫酸按固液比為1 5 8混合，在溫度為50 60°C條件下，水解10 40分鐘，過濾得糖酸溶液，再升溫至60 95°C，縮聚炭化反應(yīng)0. 5 6小時(shí)，過濾，固體洗滌、干燥，制備出以葡萄糖為前驅(qū)體、粒徑180 2000nm 的膠體碳球；
2.一種如權(quán)利要求1所述的秸稈資源化綜合利用的新方法，其特征在于所述生產(chǎn)納米膠體碳球的生物質(zhì)為玉米芯、玉米秸稈等植物秸稈和鋸末、樹枝等林業(yè)廢棄物。
3.—種如權(quán)利要求1所述的秸稈資源化綜合利用的新方法，其特征在于步驟(1)中糖酸溶液縮聚炭化后，過濾所得濾液，調(diào)整酸濃度后，可以用于步驟( 中和反應(yīng)；步驟(3) 中糖酸溶液縮聚炭化后，過濾所得濾液，調(diào)整酸濃度后，返回水解慮渣(II )循環(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)基膠體碳的制備方法，具體涉及一種稀酸、濃酸分別水解生物質(zhì)獲得木糖和葡萄糖的糖酸溶液，糖酸溶液原位縮聚炭化、制備出以木糖或葡萄糖為前驅(qū)體的膠體碳球。本發(fā)明包括具體步驟如下首先將生物質(zhì)用一定濃度的稀硫酸水解，過濾得木糖酸溶液和濾渣；調(diào)整糖酸溶液的濃度，縮聚炭化制備粒徑為160～1800nm的膠體碳球；殘?jiān)?jīng)堿煮后去除木質(zhì)素，再將除木質(zhì)素后殘?jiān)c濃硫酸進(jìn)行水解反應(yīng)，過濾得葡萄糖的酸溶液，原位縮聚炭化制備粒徑為180～2000nm的膠體碳球。本發(fā)明所述用生物質(zhì)制備膠體碳的方法，是可持續(xù)發(fā)展的綠色生產(chǎn)路線。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102219204SQ201110062350
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者丁雪峰, 朱燕超, 王麗麗, 王子忱, 趙旭, 郭玉鵬 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)