[发明专利]一种木质素基纳米碳纤维及其制备方法、碳纤维电极

说明书

本发明提供了一种木质素基纳米碳纤维及其制备方法、碳纤维电极，属于纳米碳纤维制备技术领域。本发明的实施例是这样实现的：(1)将石墨烯材料和聚乙烯醇的混合溶液与木质素碱溶液混合得到纺丝液，将纺丝液纺丝后得到木质素纤维膜；(2)将得到的木质素纤维膜固化；(3)将固化后的木质素纤维膜炭化；石墨烯材料包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯及其它们的片层结构的一种或几种。本发明不仅解决了以往石墨烯分散不佳的问题，同时还大大提升了木质素基碳纤维的力学性能和导电性能。

技术领域

本发明涉及纳米碳纤维制备技术领域，具体而言，涉及一种木质素基纳米碳纤维及其制备方法。

背景技术

纳米碳纤维是一种新型的一维纳米炭材料，由于其具有直径小、导电性好、比表面积大和化学稳定性好等优点而被广泛应用于储能、催化以及吸附等领域。制备纳米碳纤维的方法主要包括静电纺丝法、水热法、化学气相沉积法等。相比于其他方法，静电纺丝法由于工艺简单易行而被更广泛的应用。目前制备纳米碳纤维的原料主要以聚丙烯腈、酚醛树脂等高聚物为主，但随着化石能源的日益短缺，以化石能源为基础的化学品的短缺问题也随之而来，利用生物质基化学品来补充石油基高分子材料的研究得到了广泛关注。

木质素是数量上仅次于纤维素的第二类芳香族高分子材料，主要为木材水解工业和造纸工业的副产物，由于得不到充分利用，严重地污染了环境。因此实现木质素的商业化应用，变废为宝是人们长久以来的目标。随着人们对能源危机认识的不断提高，这一目标变得越为突出。木质素含碳量较高(55％－66％)、可再生、成本低廉，而且木质素分子中含有大量的芳香基团，因此可作为碳纤维原料进行利用。木质素结构中含有甲氧基、酚羟基、羧基和羧甲基等许多官能团和化学键，所以有很强的反应活性，为其进行化学改性、实现综合利用提供了可能性。

但是木质素可纺性差，同时现有的木质素基纳米碳纤维强度低，不能满足日益增长的市场需求。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种木质素基纳米碳纤维的制备方法，其能够解决木质素可纺性差的问题以及现有纳米碳纤维强度低的问题。

本发明的第二目的在于提供一种木质素基纳米碳纤维，其强度高、导电性能好。

本发明的第三目的在于提供一种碳纤维电极，其导电性能好。

本发明的实施例是这样实现的：

一种木质素基纳米碳纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨烯材料和聚乙烯醇的混合溶液与木质素碱溶液混合得到纺丝液，将纺丝液纺丝后得到木质素纤维膜；

(2)将得到的木质素纤维膜固化；

(3)将固化后的木质素纤维膜炭化；

石墨烯材料包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯及其它们的片层结构的一种或几种。

一种木质素基纳米碳纤维，其是根据上述的木质素基纳米碳纤维的制备方法制备而成的。

一种碳纤维电极，制备该碳纤维电极的原料包括上述的木质素基纳米碳纤维。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

本发明通过石墨烯材料改善纳米碳纤维的力学性能，利用聚乙烯醇提高木质素的可纺性，并且聚乙烯醇还作为石墨烯材料的分散剂，克服石墨烯分散不均的问题。本发明不仅解决了以往石墨烯分散不佳的问题，同时还大大提升了木质素基碳纤维的力学性能和导电性能，而且本发明减少了多于有机溶剂的添加，节约了原料成本、简化了制备工艺。

具体实施方式