[发明专利]一种木质素纳米胶束制备碳纳米管的方法

说明书

本发明公开了一种木质素纳米胶束制备碳纳米管的方法，包含：(1)以木质素、催化剂、有机溶剂和纯水为原料制得木质素@催化剂纳米胶束；(2)将木质素@催化剂纳米胶束在保护性气氛下热解；(3)将热解产物酸处理得到纯化的木质素基碳纳米管。本发明将催化剂与木质素制备成木质素@催化剂纳米胶束，催化剂在胶束中形成了纳米颗粒，其在木质素中分散非常均匀，使得制备出的木质素基碳纳米管尺寸小且分布均匀。且本发明利用工业废弃物木质素作为碳源，采用催化热解法制备出高性能高价值的碳纳米管，可成为木质素高值利用的重要途径。该制备方法具有原料来源丰富、工艺简单、成本低廉的优点，在木质素高值利用领域有着很好的发展前景。

技术领域

本发明属于木质素的高值利用领域，具体涉及一种木质素纳米胶束制备碳纳米管的方法。

背景技术

木质素是一种廉价、易得、可再生的资源，在用来制备木质素基碳纤维和木质素基纳米碳纤维方面受到了广泛关注[1]，但是使用木质素作为碳源制备碳纳米管的报道较为少见。辽宁师范大学的梁昊、姜春杰等人[2]用玉米秸秆和枯草提取的木质素为生物质基碳源，以多孔阳极氧化铝作为模板，制备出了木质素基碳纳米管，其直径大约在200nm左右，其碳纳米管的尺寸偏大。

[1]W.Fang,S.Yang,X.Wang,T.Yuan,R.Sun.Manufacture and application oflignin-based carbon fibers(LCFs)and lignin-based carbon nanofibers(LCNFs)[J].Green Chemistry,2017,19:1794–1827.

[2]梁昊.生物质基碳纳米管的合成与表征[D].辽宁师范大学,2014.

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种全新的木质素纳米胶束制备碳纳米管的方法，它能有效解决催化剂在木质素中难于分散均匀，制备的碳纳米管尺寸偏大的问题，而且原料来源丰富、制备工艺简单，在木质素高值利用领域有着很好的发展前景。

一种木质素纳米胶束制备碳纳米管的方法，包含以下具体步骤：

(1)以木质素、催化剂、有机溶剂和纯水为原料制得木质素@催化剂纳米胶束；

(2)将木质素@催化剂纳米胶束在保护性气氛下热解；

(3)将热解产物酸处理得到纯化的木质素基碳纳米管。

所述的方法，步骤(1)将木质素和催化剂加入有机溶剂中，搅拌至木质素和催化剂完全溶解并分散均匀，然后边搅拌边滴加纯水，挥发或透析除去有机溶剂，冷冻干燥至恒重，制得木质素@催化剂纳米胶束。

所述的方法，步骤(1)边搅拌边滴加1～10倍，优选2-8倍，进一步优选3-4倍的有机溶剂体积的纯水(水的滴加速度为0.1-10mL/min，优选1-3mL/min)；所述的木质素在有机溶剂中的重量体积浓度为0.01～20g/100mL；优选0.1-10g/100mL，进一步优选0.5-5g/100mL。

所述的方法，所述的催化剂与木质素的质量比为1:1000～1:5；优选5:1000-1:10，进一步优选1:100-8:100。

所述的方法，滴加纯水之后采用包括透析或挥发的方式除去有机溶剂，优选透析24-48h，冷冻干燥，制得木质素@催化剂纳米胶束。

所述的方法，所述的木质素包括：酶解木质素、乙醇木质素、碱木质素、硫酸盐木质素、牛皮纸木质素和有机木质素中的一种或多种。

所述的催化剂包括：二茂铁、草酸镍、草酸钴、二茂镍、烯丙基镍、二茂钴、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的一种或多种；优选二茂铁、二茂镍、二茂钴中的一种或多种。