专利名称：一种木粉催化石墨化的方法
一种木粉催化石墨化的方法技术领域：
本发明涉及一种生物质催化石墨化的方法，具体地说是一种木粉催化石墨化的方法。二、背景技术
关于对木材等生物质的催化石墨化研究国内比较少，主要有大连物化所和沈阳金属所等在做相关的研究工作，国外日本和西班牙的课题组研究的比较多。1997年Nagle等第一次研究了郁金香树在炭化过程中密度、尺寸收缩、声速、残炭率和结晶度随温度变化情况，并通过XRD测试证实在2500°C下炭化，材料组分仍是以无定形炭为主，只不过随着温度的增加，碳结构的有序化程度增加。1999年Cheng等研究了木材、竹及相应的酚醛树脂浸渍过的陶瓷材料在1300-3000°C下的石墨化行为，结果发现木炭和树脂炭即使在高温下其dQQ2 和Lc值也只有0. 341nm和9nm，进一步证实了树脂炭和木炭属于非石墨化炭材料。随着炭化的进一步深入研究，2001年Kim等人在前面研究的基础上，分别采用动物纤维素、藻类植物、亚麻为原料，将炭材料在500°C下炭化，200(TC下石墨化，结果发现在炭化过程中只有动物纤维素呈现石墨结构的100和101衍射峰，大部分为无定形炭结构。2003年toaki首次采用乙酸镍为催化剂在低于1000°C下催化桦树中的木质素。研究发现催化剂的加入可以有效降低石墨化温度，实现生物质的催化石墨化，但由于温度不是很高(1000°C )，在此温度下的石墨碳的cU只有0. 339nm。随后Hata课题组和kvilla课题组分别用不同的金属催化剂(Al、Fe、Ni、Mn、Fe (NO3) 3、Ni (NO3) 2、Al2O3)在低温下实现了生物质的低温石墨化。大连物化所的Wang等将导电聚合物吡咯加入到生物质中(纤维纸、棉花、木材)，用FeCl3作催化剂，借助微波加热和聚合物吸热来实现生物质的低温催化石墨化。但上述方法热处理温度较高，工艺较复杂。三、发明内容
本发明是为了避免上述现有技术的不足之处，提供一种石墨化温度低、石墨化度高的木粉催化石墨化的方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案
本发明木粉催化石墨化的方法的特点在于以纳米三氧化二铁或纳米镍为催化剂对木粉催化石墨化；所述木粉是将杉木粉粉碎过筛后得到，所述木粉的粒径小于38 μ m。
本发明木粉催化石墨化的方法的特点也在于按以下步骤操作将纳米三氧化二铁或纳米镍加入木粉中混合均勻，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料升温至石墨化温度保温2小时即可；所述石墨化温度为900-1600°C ；所述纳米三氧化二铁或纳米镍的添加量以铁或镍计，为木粉质量的3-15%。
本发明木粉催化石墨化的方法的特点也在于升温至石墨化温度的升温速率为 3 °C /min0
本发明木粉催化石墨化的方法的特点也在于石墨化温度优选1600°C。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在
1、本发明使用的催化剂三氧化二铁或镍粉容易得到，且价格低廉；
2、本发明方法制备的石墨化材料工艺简单，石墨化温度低，且制备的石墨化材料的石墨化度高，石墨化度可达100%。四
图1是1600°C下添加不同纳米三氧化二铁催化剂含量时石墨化材料的XRD图。
图2是1600°C下不同纳米镍催化剂含量时石墨化材料的XRD图。
图3是纳米三氧化二铁添加量为6%时不同石墨化温度下石墨化材料的XRD图。
图4是纳米镍添加量为6%时不同石墨化温度下石墨化材料的XRD图。五具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
实施例1:
将杉木粉粉碎过筛得到粒径小于38 μ m的木粉，将纳米三氧化二铁加入木粉中混合均勻，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料以3°C /min的升温速率升温至1600°C 并保温池即得到石墨化材料；纳米三氧化二铁的添加量分别为木粉质量的Owt^dwt^、 6wt%、10wt%、15wt%。
经X射线衍射(图1)研究发现本实施例制备的石墨化材料的2Θ分别为 26. 04 ° ,26. 34 ° ,26. 51 ° ,26. 5 ° ,26. 56 °，相应的 dQ(12 值依次分别为 0. 3419nm、 0. 3381nm、0. 3354nm,0. 3361nm、0. 3353nm,。由此可见，随着催化剂添加量从O %增加到 15%，石墨间距从0. 3419nm降低到0. 3353nm，理想石墨的晶面间距为0. 3354nm, (002)衍射角为沈.56°。当纳米三氧化二铁的添加量为15%时，为最佳浓度，在此催化剂浓度下炭材料的石墨化度为100%。
实施例2
将杉木粉粉碎过筛得到粒径小于38 μ m的木粉，将纳米镍加入木粉中混合均勻， 得到预混料；在氮气保护下将所述预混料以3°C /min的升温速率升温至1600°C并保温 2h即得到石墨化材料；纳米三氧化二铁的添加量分别为木粉质量的Owt^dwt^jwt^i、 10wt%U5wt%o
经X光衍射(图2)发现本实施例制备的石墨化材料的2 θ分别为沈.04°、 26. 24° ,26. 5°、26. 48°、26. 52°，相应的 Clcitl2 值分别为 0. 3419nm、0. 3394nm、0. 3359nm、 0. 3361nm、0. 3358nm。由此可见，随着催化剂添加量从O %增加到15%，石墨间距从 0. 3394nm分别降低到0. 3358nm,理想石墨的晶面间距为0. 3354nm, (002)衍射角为 26. 56°。当纳米镍粉的添加量为15%时，为最佳浓度，在此催化剂浓度下炭材料的石墨化度为95. 3%。
实施例3
将杉木粉粉碎过筛得到粒径小于38 μ m的木粉，将纳米三氧化二铁加入木粉中混合均勻，纳米三氧化二铁的添加量为木粉质量的6wt%，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料以3°C /min的升温速率依次升温至900°C、1200°C、140(rC和1600°C并分别保温2h即得到不同石墨化温度下制备的石墨化材料。
经X射线衍射(图3)研究发现本实施例制备的石墨化材料的2 θ分别为 26.06° ,26. 14° ,26. 34° ^P 26. 56°，相应的 dQ(l2 值分别为 0. 3415nm、0. 3406nm、0. 3381nm 和0. 3353nm。由此可见，随着石墨化温度从900°C增加到1600°C，石墨间距从0. 3415nm降低到0. 3353nm，理想石墨的晶面间距为0. 3354nm, (002)衍射角为26. 56°。当石墨化温度为1600°C时，为最佳温度，在此温度下炭材料的石墨化度为100%。
实施例4
将杉木粉粉碎过筛得到粒径小于38 μ m的木粉，将纳米镍加入木粉中混合均勻， 纳米镍的添加量为木粉质量的6wt%，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料以3°C /min 的升温速率依次升温至900°C、1200°C、140(rC和1600°C并分别保温2h即得到不同石墨化温度下制备的石墨化材料。
经X射线衍射(图4)研究发现本实施例制备的石墨化材料的2 θ分别为 26.13° ,26. 26° ,26. 48° ^P 26. 50°，相应的 dQ(l2 值分别为 0. 3406nm、0. 3391nm、0. 3363nm 和0. 3361nm。由此可见，随着石墨化温度从900°C增加到1600°C，石墨间距从0. 3406nm降低到0. 3361nm，理想石墨的晶面间距为0. 3354nm, (002)衍射角为26. 56°。而衍射角在碳化温度到达1400°C，角度就达到了 26. 48°，接近理想石墨的衍射角，这表明镍粉催化杉木粉可以在较低的温度下实现无定形碳到石墨的转化，当石墨化温度为1600°C时，为最佳温度，在此温度下炭材料的石墨化度为93%。
权利要求
1.一种木粉催化石墨化的方法，其特征在于以纳米三氧化二铁或纳米镍为催化剂对木粉催化石墨化；所述木粉是将杉木粉粉碎过筛后得到，所述木粉的粒径小于38 μ m。
2.根据权利要求1所述的木粉催化石墨化的方法，其特征在于按以下步骤操作将纳米三氧化二铁或纳米镍加入木粉中混合均勻，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料升温至石墨化温度保温2小时即可；所述石墨化温度为900-1600°C ；所述纳米三氧化二铁或纳米镍的添加量以铁或镍计，为木粉质量的3-15%。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于升温至石墨化温度的升温速率为3°C/min0
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于石墨化温度为1600°C。
全文摘要
本发明公开了一种木粉催化石墨化的方法，是以纳米三氧化二铁或纳米镍为催化剂对木粉催化石墨化；具体是将纳米三氧化二铁或纳米镍加入木粉中混合均匀，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料升温至石墨化温度保温2小时即可；所述石墨化温度为900-1600℃；所述纳米三氧化二铁或纳米镍的添加量以铁或镍计，为木粉质量的3-15％。本发明方法制备的石墨化材料工艺简单，石墨化温度低，且制备的石墨化材料的石墨化度高，石墨化度可达100％。
文档编号C01B31/04GK102502598SQ201110326928
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者史铁钧, 谭德新 申请人:合肥工业大学