本發(fā)明涉及一種利用木質(zhì)素制備多孔炭以及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用的方法，具體涉及通過(guò)水熱合成球形木質(zhì)素然后高溫?zé)崽幚矸椒ㄖ苽淝蛐味嗫滋吭诔?jí)電容器中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)與環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，給全球帶來(lái)了巨大的壓力，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)移到廢物利用上來(lái)，這不僅可以充分地利用資源，節(jié)約能源，而且可以有效地減少環(huán)境污染，提高環(huán)境質(zhì)量。造紙黑液是制漿造紙工藝中主要的副產(chǎn)物，黑色粘稠狀液體，伴有特殊惡臭味，并且含有20％～30％的木質(zhì)素，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生物降解難，因此是全球主要污染源之一。木質(zhì)素是一類含有豐富的醇羥基和酚羥基的天然的高分子化合物，是植物中的第二大組成部分。近年來(lái)，隨著環(huán)境污染和化工原料的緊缺，木質(zhì)素因其自身的分子結(jié)構(gòu)，而且是可再生的，具有無(wú)污染可降解的特點(diǎn)，木質(zhì)素被廣泛的用在化工、材料等領(lǐng)域中。由于木質(zhì)素含碳量大，可以利用木質(zhì)素作為碳源制備多孔，使多孔炭有更廣泛的應(yīng)用于更多領(lǐng)域，如超級(jí)電容器電極材料、催化劑載體、儲(chǔ)能材料等等。如果能將造紙黑液中木質(zhì)素資源充分利用的話，不僅減小造紙黑液的污染問(wèn)題，而且還會(huì)帶來(lái)巨大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。專利CN102633252A一種利用木質(zhì)素磺酸鹽制備超級(jí)電容器用多孔炭的方法公開(kāi)了一種利用木質(zhì)素磺酸鹽制備超級(jí)電容器用多孔炭的方法，具體步驟是將木質(zhì)素磺酸鈣或木質(zhì)素磺酸鎂置于氮?dú)饣驓鍤鈿夥罩杏?00～800℃保持1～4小時(shí)，冷卻至室溫后，浸泡在質(zhì)量濃度為10～30％的稀鹽酸或稀硝酸中，采取超聲分散至分布均勻，再攪拌不少于6小時(shí)，然后進(jìn)行抽濾，水洗至洗出液為中性，干燥即得到可用于制造超級(jí)電容器用的多孔炭材料。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；所制得的多孔炭材料可用于制備超級(jí)電容器，表現(xiàn)出良好的電容特性。專利CN103253651A一種木質(zhì)素基多孔碳材料及其制備方法公開(kāi)了一種木質(zhì)素基多孔碳材料及其制備方法，涉及主要步驟是以生物質(zhì)資源木質(zhì)素為初始原料，先采用低溫預(yù)碳化得到碳化中間體，然后進(jìn)入高溫爐中在惰性氣氛的保護(hù)下快速升溫碳化制備得到木質(zhì)素基多孔碳材料，其對(duì)廢水中的重金屬離子具有優(yōu)異的吸附能力。本發(fā)明的方法以生物質(zhì)資源為原料，且在整個(gè)制備過(guò)程中不使用ZnCl2、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等對(duì)環(huán)境有危害的化學(xué)品，該工藝對(duì)設(shè)備的要求低，具有對(duì)環(huán)境友好、成本低、性能優(yōu)等綠色化學(xué)的特點(diǎn)，適合大規(guī)模生產(chǎn)，且有利于重金屬污染廢水的治理和緩解造紙黑液對(duì)環(huán)境的壓力。專利CN104576077A一種石墨烯/木質(zhì)素基活性炭的制備方法及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用提供了一種石墨烯/木質(zhì)素基活性炭的制備方法及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，具體步驟1)木質(zhì)素基活性炭的制備，2)混合氧化石墨與活性炭，得到氧化石墨/木質(zhì)素基活性炭復(fù)合物，3)將復(fù)合物通過(guò)堿活化后，高溫裂解還原，制得石墨烯/木質(zhì)素基活性炭復(fù)合材料，4)制備電極片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所得到的石墨烯/木質(zhì)素基活性炭提供了更大的比表面、更小的傳質(zhì)阻力和更優(yōu)異的導(dǎo)電率。此外，所合成的石墨烯/木質(zhì)素基活性炭應(yīng)用于超級(jí)電容的電極材料，在成本和性能上大大優(yōu)于現(xiàn)有的活性炭材料。專利CN102633252A一種利用木質(zhì)素磺酸鹽制備超級(jí)電容器用多孔炭的方法公開(kāi)了一種利用木質(zhì)素磺酸鹽制備超級(jí)電容器用多孔炭的方法，涉及具體步驟是將木質(zhì)素磺酸鈣或木質(zhì)素磺酸鎂置于氮?dú)饣驓鍤鈿夥罩杏?00～800℃保持1～4小時(shí)，冷卻至室溫后，浸泡在質(zhì)量濃度為10～30％的稀鹽酸或稀硝酸中，采取超聲分散至分布均勻，再攪拌不少于6小時(shí)，然后進(jìn)行抽濾，水洗至洗出液為中性，干燥即得到可用于制造超級(jí)電容器用的多孔炭材料。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便；所制得的多孔炭材料可用于制備超級(jí)電容器，表現(xiàn)出良好的電容特性。
以上專利中，大部分專利利用木質(zhì)素原料是集中在生物質(zhì)中的木質(zhì)素或者是木質(zhì)素磺酸鹽，未見(jiàn)公開(kāi)利用造紙黑液中的木質(zhì)素制備多孔炭的專利。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：
(1)木質(zhì)素的提取
量取黑液，置于恒溫水浴中反應(yīng)溫度為90℃，利用酸調(diào)節(jié)pH值為2，恒溫8h，冷卻至室溫，固液分離，固體用蒸餾水洗至中性，在鼓風(fēng)干燥箱中烘干，溫度為100℃，時(shí)間12h，即得木質(zhì)素粉末；
(2)球形木質(zhì)素的制備
稱取2g的木質(zhì)素溶解于0～95％的乙醇溶液中，固液比為1∶10，加入一定質(zhì)量的鋅鹽，鋅鹽和木質(zhì)素的質(zhì)量比為2∶1～1∶4，放入反應(yīng)釜中，反應(yīng)溫度150～190℃，反應(yīng)時(shí)間為8～24h，之后固液分離，洗滌干燥，即得球形木質(zhì)素；
(3)將步驟(2)制備得到的球形木質(zhì)素浸泡在50ml的氮源的水溶液中，氮源和木質(zhì)素的質(zhì)量比為1∶1～1∶10，浸泡12h，在鼓風(fēng)干燥箱中100℃烘干12h，然后在管式爐中進(jìn)行熱處理，通入惰性氣體，炭化溫度為500～1000℃，時(shí)間2h，之后利用酸溶液反復(fù)浸泡洗滌，去離子水洗至中性，鼓風(fēng)干燥箱中100℃，干燥12h，即得球形的多孔炭。
為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例1：
(1)木質(zhì)素的提取
量取黑液，置于恒溫水浴中反應(yīng)溫度為90℃，利用酸調(diào)節(jié)pH值為2，恒溫8h，冷卻至室溫，固液分離，固體用蒸餾水洗至中性，在鼓風(fēng)干燥箱中烘干，溫度為100℃，時(shí)間12h，即得木質(zhì)素粉末；
(2)球形木質(zhì)素的制備
稱取2g的木質(zhì)素溶解于35％的乙醇溶液中，固液比為1∶10，加入一定質(zhì)量的醋酸鋅，醋酸鋅和木質(zhì)素的質(zhì)量比為2∶1，放入反應(yīng)釜中，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時(shí)間為12h，之后固液分離，洗滌干燥，即得球形木質(zhì)素；
(3)將步驟(2)制備得到的球形木質(zhì)素浸泡在50ml的尿素的水溶液中，尿素和木質(zhì)素的質(zhì)量比為1∶1，浸泡12h，在鼓風(fēng)干燥箱中100℃烘干12h，然后在管式爐中進(jìn)行熱處理，通入惰性氣體，炭化溫度為900℃，時(shí)間2h，之后利用酸溶液反復(fù)浸泡洗滌，去離子水洗至中性，鼓風(fēng)干燥箱中100℃，干燥12h，即得球形的多孔炭。
實(shí)施例2：改變乙醇的濃度為55％，其他步驟同實(shí)施例1，得到球型多孔炭。
實(shí)施例3：改變木質(zhì)素和醋酸鋅的質(zhì)量比為1∶1，其他步驟同實(shí)施例1，得到球形多孔炭。
實(shí)施例4：改變尿素和木質(zhì)素的質(zhì)量比為1∶3，其他步驟同實(shí)施例1，得到球形多孔炭。