本發(fā)明屬于石墨化材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種纖維素基石墨化材料的制備方法。
背景技術(shù)：
1、石墨化碳材料因其高導(dǎo)電性、高比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性及可調(diào)控的孔隙結(jié)構(gòu)，在鋰/鈉離子電池電極、超級(jí)電容器、污染物吸附等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)石墨材料主要依賴化石能源制備，存在資源不可再生、高能耗、工藝污染等問(wèn)題。因此，開發(fā)基于可再生生物質(zhì)的低成本、綠色石墨化材料成為學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的重點(diǎn)研究方向。纖維素是自然界儲(chǔ)量最豐富的可再生高分子材料，具有來(lái)源廣泛、成本低廉、可降解等優(yōu)勢(shì)，是替代化石原料的理想碳源。
2、目前，纖維素石墨化材料制備常用的方法有催化石墨法、高溫石墨法等，但是由于纖維素來(lái)源多樣，其聚合度、結(jié)晶度差異大，導(dǎo)致石墨化程度難以控制，且石墨化過(guò)程中易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，影響材料性能，亟需改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種纖維素基石墨化材料的制備方法。
2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、一種纖維素基石墨化材料的制備方法，具體包括如下步驟：
4、步驟1，將纖維素纖維置于質(zhì)量濃度為4-6%的氫氧化鈉溶液，在80-100℃下處理50-70min，隨后用去離子水反復(fù)清洗后烘干，去除纖維素纖維中存在的雜質(zhì)；
5、步驟2，將纖維素纖維使用整理劑溶液處理25-35min，將整理后的纖維素纖維烘干后置于氮?dú)夥諊?，?80-320℃下保溫處理45-70min；
6、步驟3，將步驟2處理的纖維素纖維在處理溶液中浸漬25-35s后，在180-200℃下烘干處理90-120s；
7、步驟4，對(duì)步驟3處理的后纖維素纖維進(jìn)行碳化處理，采用分階段碳化工藝：
8、初級(jí)碳化階段：將步驟3獲得纖維素纖維送入碳化爐中，在550-650℃下，保溫處理20-30min，其中，碳化爐中的碳化氛圍如下：氮?dú)鈿夥障?，氫氣含?-6%；
9、深度碳化階段：將碳化爐中的溫度升溫至800-1000℃，保溫處理25-35min，其中，碳化爐中的碳化氛圍如下：氮?dú)鈿夥障?，氫氣含量?-3%；
10、步驟5，將碳化處理過(guò)的纖維素纖維在惰性氣體下加熱石墨化，在1700-2000℃下，保溫處理50-70min，即可得到所述纖維素基石墨化材料。
11、優(yōu)選的，所述處理溶液以水為溶劑，包括6-8g/l的硼氫化鈉。
12、優(yōu)選的，所述整理劑以水為溶劑，包括8-12g/l的硫酸銨、5-8g/l的己內(nèi)酰胺、3-5g/l的聚磷酸銨。
13、優(yōu)選的，步驟4中，初級(jí)碳化階段中，牽伸比為3.2-3.6%，深度碳化階段中，牽伸比為1.1-1.3%。
14、優(yōu)選的，步驟2中，保溫處理時(shí)，牽伸比為2-3%。
15、優(yōu)選的，所述初步碳化階段中，碳化爐溫度以1.5℃/min升溫至550-650℃；所述深度碳化階段中，碳化爐溫度以2℃/min升溫至800-1000℃。
16、優(yōu)選的，步驟5中，惰性氣體采用氬氣。
17、優(yōu)選的，步驟5中，石墨化處理時(shí)，以10-20℃/min升溫至1700-2000℃。
18、優(yōu)選的，所述纖維素纖維采用粘膠纖維、lyocell纖維以及纖維素工業(yè)絲。由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本申請(qǐng)針對(duì)現(xiàn)有纖維素石墨化材料制備存在的問(wèn)題，通過(guò)創(chuàng)新纖維素纖維預(yù)氧化工藝、碳化工藝及石墨化工藝，解決了纖維素石墨化材料的制備瓶頸與結(jié)構(gòu)缺陷，為新能源與環(huán)保領(lǐng)域提供高性能、可持續(xù)的纖維素基石墨化材料；本工藝可在1700℃-2000℃的溫度下使生物質(zhì)纖維素發(fā)生石墨化轉(zhuǎn)化，大大低于傳統(tǒng)石墨化所需的2800℃；且所得產(chǎn)物石墨化度可超過(guò)95％，而且可達(dá)到天然石墨的結(jié)晶度，可進(jìn)一步開發(fā)用于電池材料、吸波材料以及吸附材料；其中，在預(yù)氧化工藝與碳化工藝之間加入預(yù)處理工藝，將預(yù)氧化的纖維素纖維在處理溶液中浸漬處理，浸漬過(guò)程中硼氫化鈉可向粘膠纖維內(nèi)部滲透，同時(shí)使纖維素纖維大分子發(fā)生適度的交聯(lián)，并且具體限定碳化氛圍，在氮?dú)夥諊拢尤肷倭康臍錃?，氫氣能夠在低溫下脫除預(yù)氧絲中的氧，而減少產(chǎn)生一氧化碳與二氧化碳，提高纖維素纖維在碳化過(guò)程中的可拉伸性，以降低碳化工藝的溫度和時(shí)間。
1.一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：具體包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：所述處理溶液以水為溶劑，包括6-8g/l的硼氫化鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：所述整理劑以水為溶劑，包括8-12g/l的硫酸銨、5-8g/l的己內(nèi)酰胺、3-5g/l的聚磷酸銨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：步驟4中，初級(jí)碳化階段中，牽伸比為3.2-3.6%，深度碳化階段中，牽伸比為1.1-1.3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：步驟2中，保溫處理時(shí)，牽伸比為2-3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：所述初步碳化階段中，碳化爐溫度以1.5℃/min升溫至550-650℃；所述深度碳化階段中，碳化爐溫度以2℃/min升溫至800-1000℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：步驟5中，惰性氣體采用氬氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：步驟5中，石墨化處理時(shí)，以10-20℃/min升溫至1700-2000℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種纖維素基石墨化材料的制備方法，其特征在于：所述纖維素纖維采用粘膠纖維、lyocell纖維以及纖維素工業(yè)絲。