[发明专利]一种通过调控木质素分子量制备不同碳基超级电容器用电极材料的方法

说明书

本发明公开了一种通过调控木质素分子量制备不同碳基超级电容器用电极材料的方法，包括如下步骤：(1)将含木质素的碱溶液进行层级超滤，依次得到截留液A，截留液B和滤出液C，再分别用酸调节使其沉淀得到木质素A₁，B₁和C₁，所述木质素A₁的分子量不低于25000，木质素C₁的分子量不高于12000，木质素B₁的分子量介于A₁和C₁之间；(2)A₁和C₁分别与碱混合，冷冻干燥后分步碳化即得不同碳基材料A₂和C₂。该方法处理所得不同分子量的木质素，分子量分布窄而均一，可分别作为碳前驱体转化为不同类型的碳基材料。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备领域，涉及一种通过调控木质素分子量制备不同碳基超级电容器用电极材料的方法。

背景内容

随着资源的短缺加剧，新型储能元件受到广泛关注。超级电容器作为典型的新型储能元件，具有快速充放电能力，高能量密度和功率密度和高稳定性等特性。超级电容器的电化学性能主要依赖于电极材料和电解液，其中，水系超级电容器和离子液体系超级电容器成为研究热点。水系电解液具有粘度低，电导率高，可以通过法拉第反应提供赝电容，成本低等特点，但由于水较低的分解电压，最大工作电压一般设置小于1.2V，严重限制其能量密度和功率密度。离子液体系电解液具有高稳定性，最大工作电压一般可以达到4V，显著提高了超级电容器的能量密度。但离子液体也存在粘度大，电导率低，成本高，等效串联电阻大的特点。因此，两种典型的超级电容器中适用的电极材料应具有不同的特性，特别是在杂原子掺杂，孔隙分布，电导率等方面应针对不同电解液合成不同的碳基电极材料。

造纸行业产生的造纸黑液可造成严重的环境污染。据统计，造纸黑液中木质素含量大约有3000万吨，若能有效回收并利用木质素，不仅可以解决污染问题，而且可以实现工业副产品的高值化利用。木质素具有多变性，其结构差异较大。其中，木质素的分子量可显著影响木质素的组成特性、官能团分布等。通过调控木质素的分子量可得到多分散性、活性官能团组成及含量、组成特性、键联方式均有显著差异的木质素前驱体，结合可控的高温碳化过程，可制备出具有显著差异的碳基超级电容器电极材料，对于超级电容器发展及木质素利用均有重大意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是在于提供了一种通过调控木质素分子量制备不同碳基超级电容器用电极材料的方法，该方法处理所得不同分子量的木质素，分子量分布窄而均一，可分别作为碳前驱体转化为不同类型的碳基材料。

为了实现上述目的，本发明提供了一种通过调控木质素分子量制备不同碳基超级电容器用电极材料的方法，包括如下步骤：

(1)将含木质素的碱溶液进行层级超滤，依次得到截留液A，截留液B和滤出液C，再分别用酸调节使其沉淀得到木质素A₁，B₁和C₁，所述木质素A₁的分子量不低于25000，木质素C₁的分子量不高于12000，木质素B₁的分子量介于A₁和C₁之间；

(2)A₁和C₁分别与碱混合，冷冻干燥后分步碳化即得不同碳基材料A₂和C₂。

需要说明的是，本发明中的木质素可采用商购或经含有木质素的原料提取回收，例如造纸黑液回收，生物质碱提取等，理论上任何来源于禾本植物的木质素都适用于本发明。

优选的，步骤(1)所述的碱选自氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种，浓度为40～80g L^-1，木质素与碱溶液的固液比为1：10～20。