[发明专利]一种植物纤维基泡沫炭的制备方法

说明书

本发明公开了一种植物纤维基泡沫炭的制备方法，属于泡沫炭制备技术领域。本发明制得的泡沫炭以纯生物质材料植物纤维作为原料，代替了难以再生的石油化工原料，先利用磷酸作为水热催化剂，使得纤维塑性变强，机械性能提高，而且在水热作用下，半纤维素分离出有机酸，利于纤维之间的结合进一步提高，将塑化后的植物纤维和甲醛等反应制得树脂化纤维，利用聚乙二醇的分散效应和自组装功能，提高了泡沫炭的孔隙率，由于树脂化纤维中含有木质素基体，这些基团中氧原子上的未共用电子对可以与金属离子形成配位键，而且刚性金属的掺入也使得泡沫炭的力学强度再次得到提高，最终制得的泡沫炭导热系数高，孔隙丰富且力学性能优异，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明公开了一种植物纤维基泡沫炭的制备方法，属于泡沫炭制备技术领域。

背景技术

泡沫炭具有较高的孔隙度、质轻、耐酸碱、耐高温、结构稳定等特点，在催化、吸附净化、医疗、建筑、航空航天、军事等领域展示出诱人应用前景。有序泡沫炭具有有序的孔道结构和规则孔泡形状，可以作为电容器的电极材料，大分子污染物的吸附剂，还可以作为催化剂的优良载体，等等。

目前，用作制备泡沫炭的原料主要有中间相沥青、酚醛树脂和煤，且都是在较高的发泡温度和发泡压力（600℃/7～10MPa）下制备泡沫炭。至今，国内仍未实现泡沫炭的工业化生产，其根本原因在于：高温高压发泡技术在工业上难以实现连续化生产，且存在设备成本高、生产安全问题；中间相沥青是一种易于石墨化的碳质前躯体，适宜于制备高导热泡沫炭，不宜用作制备隔热材料，且中间相沥青的成本很高；当以酚醛树脂为原料时，所制泡沫炭脆性很大，因此在整体结构控制、孔结构的均一性控制、结构的稳定性控制方面难度相当大；以煤为原料时，只能采用间歇式高压发泡，难以实现连续化工业生产。由于发泡温度、压力高，造成设备泄漏的可能性就大，设备泄漏会引起气体突然释放，导致泡沫炭出现裂纹；由于发泡温度、压力高，需要增加槽模壁厚，影响传热速率和温度场的均匀性，造成泡沫炭内部孔隙结构不均匀。

但其制备原料仅限于煤基、石油基的桑氨酯、酚醛树脂和中间相沥青，鉴于生物质原料的巨大储量和可再生性，如实现利用生物质原料制备有序泡沫炭将具有重大现实和理论意义。基于廉价的初始原料，简单的工艺路线、制备性能优异且稳定的泡沫炭材料已经成为该领域的热点。生物质材料以其资源丰富、可再生而备受关注。

而目前常见的生物质基泡沫炭材料导热性能不够，导热系数低，力学性能差，不能满足人们需求，因此发明一种导热系数高且力学性能良好的植物纤维基泡沫炭对泡沫炭制备技术领域具有积极的意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前泡沫炭的制备原料仅限于石油化工原料，难以再生，而常见的生物质基泡沫炭材料导热性能不够，导热系数低，孔隙率低，力学性能差，不能满足人们需求的缺陷，提供了一种植物纤维基泡沫炭的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种植物纤维基泡沫炭的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）称取桦树皮粉碎并过80目筛，收集过筛木屑，将木屑和质量分数为85%的磷酸溶液以及水混合后装入高压水热釜中，高压水热处理8～10h；

（2）待上述高压水热处理结束后，得到水热产物，再将质量分数为35%的甲醛溶液、氢氧化钠和水热产物混合，并加入烧杯中，将烧杯移入水浴锅中，加热升温至60～70℃，保温反应30～40min，得到反应物；

（3）将上述反应物和质量分数为10%的聚乙二醇乙醇溶液混合后装入带有回流装置的三口烧瓶中，对三口烧瓶加热升温至95～100℃，回流反应1～2h，反应结束后用浓度为0.5mol/L盐酸调节反应产物pH至中性，减压蒸馏脱水20～30min，得到树脂化纤维；