本發(fā)明屬于天然高分子化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備木質(zhì)素基燃料電池雙極板的方法。
背景技術(shù)：
人類的快速增長加劇了對(duì)傳統(tǒng)能源和資源的消耗，也導(dǎo)致了環(huán)境污染的不斷惡化。這迫使人類從傳統(tǒng)的石油基等高分子材料逐步轉(zhuǎn)向天然可降解材料的研發(fā)工作。可再生資源和廢棄物的資源化利用已經(jīng)成為未來社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題，也是對(duì)當(dāng)代科技發(fā)展提出的新要求。木質(zhì)素是一種可再生的天然高分子聚合物，其儲(chǔ)量僅次于纖維素。木質(zhì)素主要來源于木材水解工業(yè)和造紙工業(yè)，由于得不到充分利用，大部分隨造紙廢液排出，污染環(huán)境，資源化利用率極低。目前已開展關(guān)于木質(zhì)素利用的研究主要包括膠黏劑、混凝土減水劑等，在環(huán)境吸附、固體燃料、土壤改良、電極材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛質(zhì)。
本發(fā)明通過木質(zhì)素制備雙極板，在燃料電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，將為豐富木質(zhì)素產(chǎn)品，提高附加值，拓展木質(zhì)素高值化應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論和科學(xué)指導(dǎo)，目前相關(guān)研究在國內(nèi)外未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種制備木質(zhì)素基燃料電池雙極板的方法，其能滿足燃料電池雙極板的要求，還解決了木質(zhì)素廢棄物的綜合利用問題，為木質(zhì)素的應(yīng)用開發(fā)提供了一個(gè)新的思路。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種制備木質(zhì)素基燃料電池雙極板的方法，其包括以下步驟：
1）將木質(zhì)素、催化劑、總量75%~80%的甲醛于溶劑苯酚中，充分?jǐn)嚢杌靹?，得混合物?/p>
2）在強(qiáng)烈攪拌條件下，將所得混合物于70℃-100℃下反應(yīng)40-50min；
3）在步驟2）反應(yīng)體系中再加入剩余甲醛，繼續(xù)攪拌反應(yīng)至獲得黏度為400~800 mPa?s的液體；
4）待所得液體冷卻至室溫后，與導(dǎo)電填料研磨混合均勻，然后放入模具中，在模壓機(jī)上模壓成型，其壓力為10 MPa，初始溫度控制在80℃~90℃，保溫40min后升溫至150℃~200℃，再保溫60min，即得。
所用木質(zhì)素、甲醛、催化劑與苯酚的重量比為0.305~0.35：0.63~0.86：0.1：1；其中，所用木質(zhì)素包括鹽酸木質(zhì)素、銅氨木質(zhì)素、硫酸木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素、磨木木質(zhì)素；所用催化劑為氫氧化鈉。
所述導(dǎo)電填料為合成石墨、天然石墨、膨脹石墨、碳黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯中的一種或者幾種。
所得雙極板中木質(zhì)素含量為3-6 wt%、導(dǎo)電填料的含量為60-80 wt%。
本發(fā)明利用木質(zhì)素制備雙極板，其中木質(zhì)素起著增強(qiáng)基體的作用，且木質(zhì)素本身含有的酚羥基結(jié)構(gòu)可與甲醛發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)基體。因此，本發(fā)明利用木質(zhì)素制備的雙極板具有強(qiáng)度佳、密度低、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，能滿足燃料電池雙極板的要求，還解決了木質(zhì)素廢棄物的綜合利用問題，為木質(zhì)素的應(yīng)用開發(fā)提供了一個(gè)新的思路。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明所述的內(nèi)容更加便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明不僅限于此。
實(shí)施例1
將4.5 g鹽酸木質(zhì)素、7.09 g甲醛和1.475 g氫氧化鈉倒入14.75 g苯酚中，70℃下強(qiáng)烈攪拌反應(yīng)50min，再加入2.2 g甲醛，繼續(xù)攪拌反應(yīng)至獲得黏度為400 mPa?s的液體；待所得液體冷卻至室溫后，將其與83.5g天然石墨、28.13g碳黑、8.35g碳纖維共同研磨3h，使其混合均勻，然后放入模具中，在模壓機(jī)上模壓成型，其壓力為10 MPa，初始溫度控制在80℃，保溫40min后升溫至150℃，再保溫60min，即得燃料電池用雙極板。
實(shí)施例2
將4.8 g銅氨木質(zhì)素、8.48 g甲醛和1.475 g氫氧化鈉倒入14.75 g苯酚中，90℃下強(qiáng)烈攪拌反應(yīng)45min，再加入2.2 g甲醛，繼續(xù)攪拌反應(yīng)至獲得黏度為600 mPa?s的液體；待所得液體冷卻至室溫后，將其與83.5g合成石墨、5.01g碳黑、8.35g碳纖維、3.34g碳納米管研磨3h，使其混合均勻，然后放入模具中，在模壓機(jī)上模壓成型，其壓力為10 MPa，初始溫度控制在85℃，保溫40min后升溫至170℃，再保溫30min，即得燃料電池用雙極板。
實(shí)施例3
將5.1 g酶解木質(zhì)素、10.08 g甲醛和1.475 g氫氧化鈉倒入14.75 g苯酚中，100℃下強(qiáng)烈攪拌反應(yīng)40min，再加入2.6 g甲醛，繼續(xù)攪拌反應(yīng)至獲得黏度為800 mPa?s的液體；待所得液體冷卻至室溫后，將其與34.3g天然石墨、8.35g碳黑、3.34g碳納米管、5.01g石墨烯研磨3h，使其混合均勻，然后放入模具中，在模壓機(jī)上模壓成型，其壓力為10 MPa，初始溫度控制在90℃，保溫40min后升溫至200℃，再保溫30min，即得燃料電池用雙極板。
表1為實(shí)施例1-3所制備木質(zhì)素基燃料電池雙極板的性能測試結(jié)果。
表1 木質(zhì)素基燃料電池雙極板性能數(shù)據(jù)
由表1可見，本發(fā)明所制備的雙極板材料全部滿足燃料電池要求。
本發(fā)明利用木質(zhì)素的增強(qiáng)作用和分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提供了一種制備木質(zhì)素基燃料電池雙極板的方法，其不僅可充分利用木質(zhì)素廢棄物，變廢為寶，擴(kuò)大木質(zhì)素應(yīng)用范圍，而且所制備的雙極板具有強(qiáng)度佳、密度低、導(dǎo)電性好以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，能滿足燃料電池雙極板的要求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。