從木質(zhì)素/炭渣得到的碳產(chǎn)物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)涉及碳制品和制備碳制品的方法領(lǐng)域，更具體地講，涉及制備石墨制品領(lǐng) 域，其中木質(zhì)素為用于制備石墨制品的前體。
[0002] 木質(zhì)素，是無(wú)木造紙的工業(yè)副產(chǎn)物，是地球上最豐富的基于有機(jī)物的聚合物之一。 木質(zhì)素可再生，容易得到，并且相對(duì)廉價(jià)。目前對(duì)于木質(zhì)素而言有有限的市場(chǎng)。實(shí)際上，少 于2%的可得到的木質(zhì)素用于制造工業(yè)材料或化學(xué)品。木質(zhì)素是具有廣泛交聯(lián)和強(qiáng)的分子 間和分子內(nèi)作用的聚芳族多元醇，因此，其化學(xué)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。由于木質(zhì)素的固有的高的基于 芳族的碳含量和觀測(cè)到的高焦化值，它顯示作為碳基產(chǎn)品前體的潛力。然而，已發(fā)現(xiàn)該多元 醇為非晶且高官能化，用木質(zhì)素作為碳產(chǎn)品給料的嘗試很少成功。
[0003] 發(fā)明簡(jiǎn)述 本文中公開(kāi)的一種方法為制備石墨制品的方法。這種方法包括，將第一量的從石油產(chǎn) 物、煤產(chǎn)物或?yàn)r青產(chǎn)物得到的焦炭與第二量的從木質(zhì)素得到的焦炭混合，從而形成生混合 物。使生混合物形成所需形狀，從而形成生制品。隨后可使生制品碳化，任選石墨化。與僅 自第一量的焦炭的焦炭制成的第二石墨制品比較，第二量的焦炭的量足以改變石墨制品至 少一個(gè)選擇性質(zhì)，以得到石墨制品的所需組性質(zhì)。
[0004] 本文中公開(kāi)的另一種方法包括制備生制品的方法。方法包括，將第一量的從石油 產(chǎn)物、瀝青產(chǎn)物或煤產(chǎn)物得到的焦炭前體材料與第二量從木質(zhì)素得到的焦炭前體材料混 合，從而形成前體混合物。使前體混合物焦化，從而形成焦炭。使焦炭形成所需取向。與僅 自第一量的焦炭前體材料的焦炭制成的第二最終制品比較，第二量的焦炭前體的量足以改 變從焦炭形成的最終制品的至少一個(gè)選擇性質(zhì)，以得到最終制品的所需組性質(zhì)。
[0005] 本文中包括的進(jìn)一步的方法為制備生制品的方法。方法包括，將第一量的從具有 至少70%碳含量的炭渣（carbonresidue)得到的焦炭前體材料與第二量的從木質(zhì)素得到 的焦炭前體材料混合，從而形成前體混合物。使前體混合物焦化，從而形成焦炭。使焦炭形 成所需取向。
[0006] 藉此與僅自第一量的焦炭前體材料的焦炭制成的第二最終制品比較，第二量的焦 炭前體的量足以改變從焦炭形成的最終制品的選擇性質(zhì)，以得到最終制品的所需組性質(zhì)。
[0007] 單片石墨制品具有至少1立方厘米（"cc"）體積，由包含至少5%重量的木質(zhì)素基 焦炭和大于3. 36A且小于3. 44A的dM2間距的前體形成。
[0008] 應(yīng)了解，前面概要描述和以下詳述二者提供本公開(kāi)的實(shí)施方案，且旨在提供理解 所要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特征的總覽或框架。
[0009] 附圖簡(jiǎn)述 圖1為實(shí)施例中所用傾析油樣品的TGA。
[0010] 圖2為實(shí)施例中所用HWL樣品的TGA。
[0011] 圖3為木質(zhì)素樣品、傾析油樣品和二者不同混合物的TGA。
[0012] 圖4為石墨棒的CTE對(duì)作為前體用于石墨棒的SWKL的百分?jǐn)?shù)的線圖。
[0013] 圖5為石墨棒的CTE對(duì)作為前體用于石墨棒的HWL的百分?jǐn)?shù)的線圖。
[0014] 圖6為石墨棒的CTE對(duì)作為前體用于石墨棒（單獨(dú)焦化的HWL和傾析油）的HWL 百分?jǐn)?shù)的繪圖。
[0015] 圖7為煅燒HWL/傾析油混合物的XRD。
[0016] 圖8為煅燒SWKL/傾析油混合物的XRD。
[0017] 圖9為XRD峰強(qiáng)度對(duì)煅燒焦炭的HWL/傾析油混合物的CTE的線圖。
[0018] 圖10為HWL/傾析油石墨化棒的XRD。
[0019] 圖11為XRD峰強(qiáng)度對(duì)石墨化棒的HWL/傾析油混合物的CTE的線圖。
[0020] 發(fā)明詳述 本文公開(kāi)的概念涉及木質(zhì)素用作碳制品的前體的用途。
[0021] 木質(zhì)素的一般來(lái)源包括WeyerhaeuserCo.ofWashingtonState;Lignol InnovationsofBritishColumbia,Canada；MascomaofLebanon,NewHampshire； VirdiaofRedwoodCity,California;和FibriaCelluloseofSaoPaulo，Brazila〇
[0022] 木質(zhì)素可分類成三（3)大類：軟木（"SWKL"）或針葉木（裸子植物）、硬木（"HWL"） (雙子葉被子植物）和草或一年生植物（單子葉被子植物）木質(zhì)素及其組合。木質(zhì)素也可 從其它類型生物質(zhì)制備，包括草和從大規(guī)模釀造或生物煉制過(guò)程中的廢料回收的一致批富 木質(zhì)素材料。木質(zhì)素前體的實(shí)例包括軟木堿木質(zhì)素，其可從軟木堿法制漿過(guò)程的黑液得到。 在木漿生產(chǎn)中，一些木質(zhì)素和半纖維素溶解，并從纖維素分離。來(lái)自制漿過(guò)程的黑液為溶解 的木質(zhì)素和半纖維素。
[0023] 硬木給料包括金合歡（Acacia)、緬前（Afzelia)、神秘果（Synsepalum duloificum)、合歡（Albizia)、梢木（Alder)(例如，歐洲梢木（Alnusglutinosa)、 紅枝梢木（Alnusrubra))、蘋(píng)果木、草莓樹(shù)（Arbutus)、岑樹(shù)（Ash)(例如，F(xiàn).nigra、 F.quadrangulata、F.excelsior、F.pennsylvanicalanceolata、F.Latifolia、 F.profunda、F.americana)、白楊（Aspen)(例如，P.grandidentata、P.tremula、P. tremuloides)、澳大利亞鉛筆桕（AustralianRedCedar)(紅棒（Toonaciliate))、篇 (Ayna)(兩蕊蘇木（Distemonanthusbenthamianus))、後（Balsa)(Ochromapyramidale)、 鍛木（Basswood)(例如，T.americana、T.heterophylla)、山毛棒（Beech)(例如，F(xiàn). sylvatica、F.grandifolia)、樺木（Birch)(例如，楊葉樺（Betulapopulifolia)、河樺（B. nigra)、紙樺（B.papyrifera)、B.lenta、加拿大黃樺（B.alleghaniensis)/B.lutea、 垂枝樺（B.pendula)、毛枝樺（B.pubescens))、黑豆（Blackbean)、黑木（Blackwood)、 破布木（Bocote)、復(fù)葉械（Boxelder)、黃楊木（Boxwood)、巴西木（Brazilwood)、非洲 紅木（Bubinga)、七葉樹(shù)（Buckeye)(例如，歐洲七葉樹(shù)（Aesculushippocastanum)、光 葉七葉樹(shù)（Aesculusglabra)、黃花七葉樹(shù)（Aesculusflava/Aesculusoctandra))、 灰胡桃樹(shù)（Butternut)、梓樹(shù)（Catalpa)、彳嬰桃樹(shù)（Cherry)(例如，黑野彳嬰樹(shù)（Prunnus serotina)、李臘（Prunuspennsylvanica)、歐洲甜彳嬰桃（Prunusavium))、野蘋(píng)果木 (Crabwood)、栗樹(shù)（Chestnut)、角辦木（Coachwood)、黃檀（Cocobolo)、軟木斛（Corkwood)、 棉白楊（Cottonwood)(例如，大葉鉆天楊（Populusbalsamifera)、美洲黑楊（Populus deltoids)、大平原三角葉楊（Populussargentii)、異葉楊（Populusheterophylla))、銳 葉木蘭（Cucumbertree)、山茱萸（Dogwood)(例如，多花株木（Cornusflorida)、Cornus nuttallii)、烏木（Ebony)(例如，大理石木（Diospyroskurzii)、DiospyrosMelanida、 厚瓣烏木（Diospyroscrassiflora))、榆木（例如，美洲榆（UlmusAmericana)、英國(guó) 輸（Ulmusprocera)、寬果長(zhǎng)序輸（Ulmusthomasii)、紅輸（Ulmusrubra)、光輸（Ulmus glabra))、桉樹(shù)（Eucalyptus)、綠心硬木（Greenheart)、百香果木（Grenadi11a)、橡膠 樹(shù)（Gum)(例如，多花藍(lán)果樹(shù)（Nyssasylvatica)、藍(lán)桉樹(shù)（Eucalyptusglobules)、膠皮 楓香樹(shù)（Liquidambarstyraciflua)、水藍(lán)果樹(shù)（Nyssaaquatica))、山核桃（Hickory) (例如，毛山核桃（Caryaalba)、光葉山核桃（Caryaglabra)、小糙皮山核桃（Carya ovata)、條裂山核桃（Caryalaciniosa))、角樹(shù)（Hornbeam)、鐵木（Hophornbeam)、重蟻 木（Ipe)、綠柄桑木（Iroko)、硬木（Ironwood)(例如，平滑娑羅雙（Bangkirai)、美洲鷦 耳櫪（Carpinuscaroliniana)、木麻黃（Casuarinaequisetifolia)、Choricbangarpia subargentea、古巴香脂（Copaiferaspp.)、坤甸鐵棒木（Eusideroxylonzwageri)、愈瘡木 (Guajacumofficinale)、神圣愈瘡木（Guajacumsanctum)、香坡皇（Hopeaodorata)、重 蟻木（Ipe)、鉛木（Krugiodendronferreum)、Lyonothamnuslyonii(L.floribundus)、鐵 力木（Mesuaferrea)、木犀欖（Oleaspp.)、沙漠鐵木（Olneyatesota)、美洲鐵木（Ostrya virginiania)、波其斤鐵木（Parrotiapersica)、齒葉綠心葳（Tabebuiaserratifolia))、 紫薇科蘭花極屬（Jacaranda)、Jotoba、單球懸鈴木（Lacewood)、月桂（Laurel)、西非欖仁 木（Limba)、愈瘡木（Lignumvitae)、槐（Locus