一种竹材废料基无定形碳转化的低温石墨化方法与流程

本发明涉及一种竹材废料基无定形碳转化的低温石墨化方法，尤其涉及一种竹材废料在电化学极化及金属沉积条件下转化石墨的方法，属于废料生物质高值转化碳纳米材料领域。

背景技术：

1、石墨因其优异的导电性和导热性，被广泛应用于电极材料、导热材料、导电板等领域。然而，天然石墨面临供应有限、质量不稳定以及采矿作业带来的环境压力。而合成石墨来源广泛、价格低廉以及可持续，特别是废弃生物质材料，但石墨化过程需要3000℃的高温处理，近期熔盐低温石墨化方法能够降低至1000℃以下，因而被广泛应用。

2、专利cn103510103发表了一种低温电化学石墨化方法，可以实现在700℃下将无定形碳转化到石墨。同时另一篇专利cn12442761 a通过引入过渡金属化合物进一步在600℃下将无定形碳转化为石墨化碳纳米纤维，但以上专利无法进一步降低石墨化反应温度，同时无协同金属沉积所提供的高石墨化动力学反应。

3、竹材废料为可再生生物质资源，其成本相对低廉，来源广泛，因此，竹材废料转化为石墨对其高值化应用具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述技术存在的不足，本发明提供一种竹材废料基无定形碳转化的低温石墨化方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

3、将竹材废料基无定形碳压制为固态片状阴极，石墨棒为阳极，熔盐为电解质，在引入化合物xy的条件下进行阴极极化，电解结束后，取出阴极电解产物，经冷却、清洗后获得石墨。

4、优选地，竹材废料基无定形碳为竹材废料碳化后得到的无定型碳，所述的竹材废料选自碳化后慈竹废料、巨龙竹废料、箭竹废料、淡竹废料、茶竿竹废料、毛竹废料中的至少一种或者混合物，碳化温度为600～1000℃，碳化时间为4-18h。

5、优选地，化合物xy其x选自mg、sn中的一种或多种，y选自cl、f、s中的一种或多种。

6、优选地，所述的化合物xy的引入方式为:将化合物xy直接加入熔盐中，或是将化合物加入竹材废料基无定形碳中。

7、优选地，化合物xy在熔盐体系中的摩尔百分比为0.1％～5mol％；化合物xy在竹材废料中的质量占比为1wt％-15wt％。

8、优选地，将竹材废料基无定形碳进行球磨，以压制成片形成阴极，球磨时间为4～24h。

9、优选地，熔盐为电解质，其阴离子为cl-、f-中的一种或多种；其阳离子为li+、k+、na+、ca2+、al3+、fe3+中的一种或多种；熔盐的工作温度为200～580℃。

10、优选地，电解采用两电极时，电压为1.0～2.8v，时间为2～12h；电解采用三电极时，相对参比电极其电位为-0.5～-1.8v，时间为2～12h。

11、优选地，制备的石墨呈现片层结构，长度为200nm～2μm左右。

12、本发明所制备的石墨，与其专利cn103510103和专利cn112442761 a的制备石墨的方法不同，为提高反应活性，降低反应温度，本发明在熔盐内引入xy可协同电化学极化加速竹材废料衍生炭石墨化反应，进而实现低温石墨的制备，其反应温度明显低于报道(angew.chem.int.ed.engl.2017,56,1751)。这表明xy带来的金属沉积协同电化学极化非常有利于竹材废料衍生炭转化为石墨。

13、本发明引入xy加速石墨化反应，其低成本、短流程和可持续方法在低温竹材废料衍生炭领域具有广泛的应用前景，其产物在导电导热材料、储能材料等领域具有较高的商业潜能。

技术特征：

1.一种竹材废料基无定形碳转化的低温石墨化方法，其特征在于，包括以下步骤：将竹材废料基无定形碳压制为固态片状阴极，石墨棒为阳极，熔盐为电解质，在引入化合物xy的条件下进行阴极极化，电解结束后，取出阴极电解产物，经冷却、清洗后获得石墨。

2.根据权利要求1所述的低温石墨化方法，其特征在于，竹材废料基无定形碳为竹材废料碳化后得到的无定型碳，所述的竹材废料选自碳化后慈竹废料、巨龙竹废料、箭竹废料、淡竹废料、茶竿竹废料、毛竹废料中的至少一种或者混合物，碳化温度为600～1000℃，碳化时间为4-18h。

3.根据权利要求1所述的低温石墨化方法，其特征在于，所述的化合物xy其x选自mg、sn中的一种或多种，y选自cl、f、s中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的低温石墨化方法，其特征在于，所述的化合物xy的引入方式为：将化合物xy直接加入熔盐中，或是将化合物加入竹材废料基无定形碳中。

5.根据权利要求4所述的低温石墨化方法，其特征在于，所述的化合物xy的加入竹材废料基无定形碳中的方式为：二者以固态方式混合，或是将化合物溶解在溶剂中，再与竹材废料混合。

6.根据权利要求4所述的低温石墨化方法，其特征在于，所述的化合物xy在熔盐体系中的摩尔百分比为0.1％～5mol％；化合物xy在竹材废料中的质量占比为1wt％-15wt％。

7.根据权利要求1所述的低温石墨化方法，其特征在于，将竹材废料基无定形碳进行球磨，以压制成片形成阴极，球磨时间为4～24h。

8.根据权利要求1所述的低温石墨化方法，其特征在于，所述的熔盐为电解质，其阴离子为cl-、f-中的一种或多种；其阳离子为li+、k+、na+、ca2+、al3+、fe3+中的一种或多种；熔盐的工作温度为200～580℃。

9.根据权利要求1所述的低温石墨化方法，其特征在于，电解采用两电极时，电压为1.0～2.8v，时间为2～12h；电解采用三电极时，相对参比电极其电位为-0.5～-1.8v，时间为2～12h。

10.根据权利要求1所述的低温石墨化方法，其特征在于，所述的石墨呈现片层结构，长度为200nm～2μm左右。

技术总结本发明公开了一种竹材废料基无定形碳转化的低温石墨化方法。将竹材废料衍生炭活化与除杂，然后压制为固态片状阴极，石墨棒为阳极，熔盐为电解质，在引入化合物XY的条件下进行阴极极化，清洗后获得石墨。本发明所制备的石墨可在低温下制备，并适用于所有竹材废料。这表明在熔盐内引入XY可协同电化学极化加速竹材废料衍生炭石墨化反应，进而实现低温石墨的制备。此外，本发明具有低成本、短流程和可持续性，同时在高值化竹材废料衍生炭领域具有广泛的应用前景，其石墨化产物在储能、导电导热材料等领域也具有较高的商业价值。技术研发人员：王帆,何生亮,黄徐骏,柳丽霞,吴焱,刘仙石玄,何丽聪,何敏,余塞君,钟震,李玲玉,吴剑峰,周丹,郑朴生,苏巧梅受保护的技术使用者：浙江佳禾竹业科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16