[发明专利]一种含糖木质素基脲醛树脂电容炭的制备方法

摘要

本发明一种含糖木质素基脲醛树脂电容炭的制备方法，属于生物质能源化工领域，包括如下步骤:采用酸水洗预处理，碱催化降解木聚糖和木质素得到含糖碱木质素；以含糖木质素取代甲醛为10wt％～60wt％的比例，以含糖碱木质素、甲醛和尿素为反应物，采用三元逐步共聚技术，在碱催化下合成含糖木质素基脲醛树脂胶黏剂，在快速搅拌下，将胶黏剂分散在盐酸溶液中，固化，制备含糖木质素基尿醛树脂球形颗粒；采用先炭化再活化的方法制备木质素基脲醛树脂电容炭。本发明通过控制反应条件,以含糖木质素降解产物、甲醛、尿素为原料，分别生产木质素基脲醛树脂胶黏剂、固态含糖木质素基脲醛树脂球、含糖木质素基脲醛树脂电容炭。

主权项

1.一种含糖木质素基脲醛树脂电容炭的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：步骤一、预处理①取粉碎后的生物质加入到水解釜中，按生物质与酸的固液以Kg/L重量/体积比计为1:5，向水解釜中加入1％的硫酸溶液，升温至30℃～80℃，搅拌反应2h，降至室温,过滤，得到水解液和滤渣，用自来水水洗滤渣2次，经脱水得到含水率为50％～60％的水洗渣，备用；②将所述步骤①中得到的水解液转移至反应釜中升温至100℃～180℃，水热处理1h～3h，至水解液中的有机物全部转变为胶体碳，降至室温,过滤，分离胶体碳，液相返回步骤①循环利用；步骤二、碱溶木聚糖和木质素将步骤一中得到的水洗渣转移至反应釜中，按水洗渣干基固液以Kg/L重量/体积比计为1:(5～8)的比例加入浓度为5wt％的氢氧化钠溶液，加热至150℃～200℃，恒温碱溶木聚糖和木质素，并同步催化降解，反应3h，降至室温,过滤，得到含糖碱木质素溶液；步骤三、木质素的羟甲基化改性将步骤二得到的含糖碱木质素溶液、甲醛溶液按固含量和纯态质量比为2:1加入到反应釜中，搅拌均匀，加入浓度为30wt％的氢氧化钠调节体系的pH值至12，加热升温至85℃，恒温反应1h～3h，得到改性含糖木质素溶液；步骤四、碱催化预聚向步骤三得到的改性含糖木质素溶液中加入浓度为50％的甲酸溶液调pH值至7.5～8.5，按甲醛与尿素的摩尔比为(1.3～1.5)：1的比例分批加入纯度大于98wt％的尿素，第一批加入量为尿素总量的70wt％，反应30min，第二批加入量为尿素总量20wt％，继续反应15min，制备出预聚体；步骤五、酸催化缩聚向步骤四得到的预聚体中加入浓度为50％的甲酸溶液调pH值至5.0～5.5，取反应物滴入清水中呈星状分散时，降温至60℃，加入尿素，尿素加入量为步骤四所述的尿素总量的10wt％，恒温30min，冷却，出料，得到含糖木质素基脲醛树脂胶黏剂；步骤六、固化将步骤五中得到的含糖木质素基脲醛树脂胶黏剂转移至搪瓷反应釜中，加入浓度为1M～3M的盐酸或硫酸调节体系的pH值为3～4，搅拌分散后，常温静止固化反应24h～48h，过滤洗涤至中性，在60℃～80℃的条件下烘干12h～24h，得到固态含糖木质素基脲醛树脂球；步骤七、炭化将步骤六中得到的固态含糖木质素基脲醛树脂球加入炭化炉，在惰性气体保护下，升温至500℃，炭化0.5h～1h，继续升温至800℃，炭化1h，得到木质素基脲醛树脂炭化料；步骤八、活化将步骤七中得到的木质素基脲醛树脂炭化料与活化剂按炭碱质量比1:(1～4)的比例加入到高搅锅中，均匀混合10min～20min，转移至活化炉，通入惰性气体，升温至700℃～900℃，活化反应1h～2h，降温出料，得到木质素基脲醛树脂活化料，其中活化剂为氢氧化钠粉末或氢氧化钾粉末；步骤九、洗涤，干燥将步骤八中得到的木质素基脲醛树脂活化料转移至水洗釜，按固液比以Kg/L重量/体积比计为1:20，加入80℃热水搅拌洗涤30min,洗涤2次，用60℃浓度为0.5M盐酸溶液酸洗一次，再用温度为50℃～80℃去离子水洗至中性，离心脱水，在100℃～120℃干燥12h，得到含糖木质素基脲醛树脂电容炭。