[发明专利]一种利用生物质燃烧法生产富勒烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本批量生产富勒烯的方法，具体来讲，涉及一种利用生物质燃烧法大规模生产富勒烯的方法。 

背景技术

富勒烯（Fullerene) 是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状、椭圆状或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。1985年Robert Curl等人制备出了C60。1989年，德国科学家Huffman和Kraetschmer的实验证实了C60的笼型结构，从此物理学家所发现的富勒烯被科学界推向一个崭新的研究阶段。富勒烯的结构和建筑师Fuller的代表作相似，所以称为富勒烯。富勒烯材料应用范围广，在工业、农业、能源、国防等各方面都有广泛的应用，具有广阔的市场应用前景。据美国市场调查公司2006年10月发布的《全球富勒烯市场调查报告》的统计和预测，富勒烯在近十年将以年增长率70%的速度增长，到2016年全球富勒烯市场将达到47亿美元。富勒烯及其衍生品必将成为现代化工业不可替代的核心基础材料。

目前，富勒烯的产量远远不能满足工业发展的需要，主要原因是现有工艺成本太高、不易于大批量的工业化操作，例如，电弧放电法的生产效率太低、成本高；苯燃烧法的环保性和操控性较差且成本相对过高。

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物等物质。其特点有：可再生，低污染且广泛分布。而生物质利用是发展替代石油、煤炭等不可再生资源的新途径，发展潜力大，前景广阔。面对国际上急剧增长的富勒烯市场，研究用生物质材料低成本大批量生产富勒烯的方法是意义巨大、十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺路线简单、可操作性强、成本低、高附加值的利用生物质燃烧法生产富勒烯的方法。

为解决上述技术问题，本发明一种利用生物质燃烧法生产富勒烯的方法，包括以下步骤：

1)将生物质处理成供燃烧的细粉，置于燃烧室中；

2)燃烧室的温度控制在1700℃～2200℃；

3)同时通入助燃气体，燃烧室内压力控制在2.6×10⁴～8.0×10⁴帕，在燃烧室直接燃烧生物质，得到含有富勒烯的碳灰；

4)收集含富勒烯的炭灰，用提取装置提取富勒烯，再分离提纯得到富勒烯产品。

进一步地，在步骤1）中，将催化剂加入到生物质细粉中混合均匀，再置于燃烧室中；催化剂可对生物质进行脱氧处理。

进一步地，所述催化剂是Co、Ni、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Y、Nb、Mo、Pd、W、Au中的一种或两种以上的混合物。

进一步地，在步骤1)中，所述生物质为木质素、农产品加工业下脚料、农林废弃物。

进一步地，所述木质素和催化剂之间的重量比大致为1：0.01~0.5，优选地，木质素和催化剂之间的重量比为1：0.03。

进一步地，在步骤2)中，温度优选地控制在1950～2050℃；最优选地，温度控制在2000℃。

进一步地，在步骤3)中，所述助燃气体是纯度超过99.9%的氧气。

进一步地，在步骤3)中，燃烧室内压力优选地控制在4.5×10⁴～5.5×10⁴帕；最优选地，燃烧室内压力控制在5.33×10⁴帕。

进一步地，在步骤3)中，所述助燃气体与木质素的重量比为：1：1~6；优选地，助燃气体与木质素的重量比为1：1.5；一般来说，碳氧比较低时，木质素燃烧充分，所得到的含富勒烯炭灰少，但炭灰里富勒烯含量高；而当碳氧比较高时，木质素不充分燃烧，产生的炭灰多，但炭灰中富勒烯的含量低，所以必须调整合适的碳氧比，以得到最佳的富勒烯产率。

进一步地，在步骤4)中, 所述提取装置是索氏提取器，分离提纯用色谱分离得到富勒烯产品。

与现有燃烧煤或石墨、苯等有机溶剂制备富勒烯技术比较，本发明具有如下有益效果： 

1）本发明首次提出利用可再生的生物质为原料制备富勒烯；