本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種廢紙纖維制備含硫炭微球的方法。

背景技術(shù)：

廢紙的再生利用，本身就是一項(xiàng)有利于社會(huì)的措施，它可以節(jié)約大量的森林資源，避免了廢紙的棄用和對(duì)環(huán)境造成的危害。在國(guó)內(nèi)，辦公廢紙的利用率較低，主要原因是傳統(tǒng)的化學(xué)脫墨技術(shù)過(guò)于落后，不僅對(duì)紙漿纖維破壞較大，影響再生紙的質(zhì)量，而且造成環(huán)境的二次污染。廢紙利用的歷史非常悠久，我國(guó)在宋朝時(shí)期就對(duì)廢紙進(jìn)行回收利用。美國(guó)和歐洲則在機(jī)械造紙出現(xiàn)之初就開(kāi)始回收利用廢紙。但由于當(dāng)時(shí)廢紙?zhí)幚砑夹g(shù)還不成熟，廢紙漿的質(zhì)量差，只能用來(lái)配抄一些低質(zhì)的紙和紙板，因而發(fā)展速度慢。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，廢紙漿己成為增長(zhǎng)最快的漿種，這主要是因?yàn)椋孩僭w維原料供應(yīng)緊張，迫使更多的企業(yè)改用廢紙作原料。②低成本吸引更多的企業(yè)選用廢紙作為原料。再生纖維造紙的原料成本比木漿低30％～50％，同時(shí)可以大幅減少汽、電、水的消耗，還可以減少有毒物質(zhì)的排放。③廢紙?zhí)幚砑夹g(shù)的進(jìn)步，使廢紙漿質(zhì)量得以提高，可以用來(lái)配抄更多的紙種以及使用更大的配加量，為廢紙的廣泛利用提供了可靠的技術(shù)支持。④環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等觀念日益深入人心，督促著造紙工業(yè)對(duì)廢紙進(jìn)行更為有效的利用。⑤相關(guān)政策法規(guī)的出臺(tái)，為廢紙的回收利用創(chuàng)造了良好的條件。

在廢紙的處理中，對(duì)于辦公廢紙的處理大部分用于再次制造紙漿，這種處理方法成本高，而且產(chǎn)品的附加值并不高，因此，更合理有效的回收利用辦公廢紙成為有待研究的一大問(wèn)題。

炭微球作為一種新型炭材料，在磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用前景。目前，炭微球的制備方法主要有炭化法、電弧放電法以及化學(xué)氣相沉積法等，但這些方法所使用的炭源多為苯、甲苯和乙快等從煤礦或石油中提取的非可再生資源，無(wú)法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，并且這些方法得到的炭微球的表面都比較難功能化，在具體應(yīng)用時(shí)還需進(jìn)行化學(xué)修飾或者活化處理。利用糖類(lèi)物質(zhì)的水熱炭化過(guò)程在密閉體系中進(jìn)行反應(yīng)可以制備出粒徑均勻，分散性較好的炭微球，但糖類(lèi)物質(zhì)本身是一種工業(yè)產(chǎn)品，應(yīng)用其制備功能性炭微球材料生產(chǎn)成本相對(duì)較高、經(jīng)濟(jì)效益不顯著，因此尋找一種來(lái)源廣泛的炭源成為目前研究的重點(diǎn)。而廢紙中大量的纖維可以作為制備含硫炭微球的炭源，其主要成分為半纖維素、纖維素和木質(zhì)素，并且廢紙的來(lái)源非常廣泛。因此，利用廢紙作為炭源制備含硫炭微球具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種廢紙纖維制備含硫炭微球的方法，解決了享有辦公廢紙利用回收率低的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種廢紙纖維制備含硫炭微球的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱(chēng)?。恨k公廢紙0.4％～0.9％、濃硫酸5.7％～6.2％、去離子水92.9％～93.9％，上述組分質(zhì)量百分比之和為100％；

步驟2，將辦公廢紙蒸煮碎解后漿料及時(shí)脫墨，得到廢紙纖維；

步驟3，將步驟2得到的廢紙纖維加入去離子水中制成紙漿，使用超聲分散后攪拌，制成均勻分散的紙漿；

步驟4，將濃硫酸滴入步驟3得到的紙漿中，攪拌均勻后倒入水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，然后冷卻至室溫進(jìn)行抽濾，用乙醇和去離子水反復(fù)清洗、干燥后進(jìn)行炭化處理，得到含硫炭微球。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟2中脫墨是將辦公廢紙漿料先超聲脫墨50～70min，然后采用浮選法脫墨。

步驟3中超聲分散時(shí)間為45～60min；攪拌為磁力攪拌，攪拌時(shí)間為10～20min。

步驟4中攪拌時(shí)間為5～10min。

步驟4中在水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)溫度為210℃～260℃，反應(yīng)時(shí)間18～24h。

步驟4中炭化處理的具體參數(shù)為：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先以3～5℃/min升溫至320～350℃，保溫55～65min，再以8～10℃/min升溫至750～900℃，保溫100～140min。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用回收的辦公廢紙采用水熱炭化法制備出粒徑均勻的含硫炭微球，提高了辦公廢紙的利用回收率，賦予其較高的附加值，為辦公廢紙的處理提供了一個(gè)很有效的渠道。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例2制備的含硫炭微球掃描電鏡(SEM)圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的單個(gè)含硫炭微球掃描電鏡圖像。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明廢紙纖維制備含硫炭微球的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，按質(zhì)量百分比分別稱(chēng)?。恨k公廢紙0.4％～0.9％、濃硫酸5.7％～6.2％、去離子水92.9％～93.9％，上述組分質(zhì)量百分比之和為100％；

步驟2，將辦公廢紙蒸煮碎解后漿料先超聲脫墨50～70min，然后采用浮選法脫墨，得到廢紙纖維；

步驟3，將步驟2得到的廢紙纖維加入去離子水中制成紙漿，使用超聲分散45～60min后磁力攪拌10～20min，制成均勻分散的紙漿；

步驟4，將濃硫酸滴入步驟3得到的紙漿中，攪拌5～10min均勻后倒入水熱反應(yīng)釜中在溫度為210℃～260℃下反應(yīng)18～24h，然后冷卻至室溫進(jìn)行抽濾，用乙醇和去離子水反復(fù)清洗、干燥后進(jìn)行炭化處理，炭化處理的具體參數(shù)為：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先以3～5℃/min升溫至320～350℃，保溫55～65min，再以8～10℃/min升溫至750～900℃，保溫100～140min，得到含硫炭微球。

本實(shí)驗(yàn)中選取的是普通辦公打印用紙，紙張幅面為A4或16開(kāi)規(guī)格，用于制備含硫炭微球的濃硫酸濃度為98％，用于制作紙漿的是去離子水，其質(zhì)量應(yīng)符合規(guī)定的技術(shù)要求。

各組分及處理方式作用：

辦公廢紙脫墨后作為炭源，不同比例的廢紙纖維和去離子水形成不同濃度的紙漿。濃硫酸作為氧化劑和催化劑，同時(shí)也作為硫源，在水熱過(guò)程中使廢紙纖維半水解，得到含硫炭微球的前驅(qū)體，不同濃硫酸的加入量，水解效果和含硫量不同。炭微球前驅(qū)體經(jīng)炭化過(guò)程脫除小分子，就得到含硫炭微球，可以作為電池的優(yōu)質(zhì)電極材料。

實(shí)施例1

將0.4％辦公廢紙脫墨后，烘干，加入93.9％去離子水用打漿機(jī)制成紙漿，使用超聲波清洗機(jī)分散45min，再使用磁力攪拌機(jī)攪拌10min，制成均勻分散的紙漿；將5.7％濃硫酸滴入100ml紙漿中人工攪拌10min，攪拌均勻后倒入水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱中加熱至210℃恒溫保持18h后隨干燥箱冷卻至室溫取出；將上步反應(yīng)產(chǎn)物取出后進(jìn)行抽濾，并使用乙醇和去離子水反復(fù)清洗至中性為止，再將產(chǎn)物置于鼓風(fēng)干燥箱中8h烘干后，在管式爐中、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先以3℃/min升溫至320℃，保溫55min，再以8℃/min升溫至750℃，保溫100min，得含硫炭微球。

實(shí)施例2

將0.5％辦公廢紙脫墨后，烘干，加入93.8％去離子水用打漿機(jī)制成紙漿，使用超聲波清洗機(jī)分散1h，再使用磁力攪拌機(jī)攪拌12min，制成均勻分散的紙漿將5.7％濃硫酸滴入100ml上述紙漿中人工攪拌8min，攪拌均勻后倒入水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱中加熱至240℃恒溫保持24h后隨干燥箱冷卻至室溫取出；將上步反應(yīng)產(chǎn)物取出后進(jìn)行抽濾，并使用乙醇和去離子水反復(fù)清洗至中性為止，再將產(chǎn)物置于鼓風(fēng)干燥箱中8h烘干后，在管式爐中、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先以5℃/min升溫至350℃，保溫1h，再以10℃/min升溫至800℃，保溫2h，得含硫炭微球。

圖1是實(shí)施例2中采用0.5％辦公打印廢紙、5.7％濃度為98％濃硫酸和93.8％去離子水以及采用本發(fā)明技術(shù)方案制作的含硫炭微球掃描電鏡圖像。圖2是實(shí)施例2中利用本發(fā)明制備的單個(gè)含硫炭微球掃描電鏡圖像。圖1表明利用辦公廢紙采用被發(fā)明技術(shù)制備的粒徑較均勻接分散的含硫炭微球，圖2能夠看出含硫炭微球球直徑≤1μm。

實(shí)施例3

將0.9％辦公廢紙脫墨后，烘干，加入92.9％離子水用打漿機(jī)制成紙漿，使用超聲波清洗機(jī)分散50min，再使用磁力攪拌機(jī)攪拌20min，制成均勻分散的紙漿將6.2％濃硫酸滴入100ml上述紙漿中人工攪拌5min，攪拌均勻后倒入水熱反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱中加熱至260℃恒溫保持20h后隨干燥箱冷卻至室溫取出；將上步反應(yīng)產(chǎn)物取出后進(jìn)行抽濾，并使用乙醇和去離子水反復(fù)清洗至中性為止，再將產(chǎn)物置于鼓風(fēng)干燥箱中8h烘干后，在管式爐中、在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先以4℃/min升溫至330℃，保溫65min，再以9℃/min升溫至900℃，保溫140min，得含硫炭微球。

利用本發(fā)明技術(shù)制備含硫炭微球，以最常見(jiàn)的辦公廢紙為炭前驅(qū)，濃硫酸作為催化劑，采用水熱炭化的技術(shù)方法，能夠制備出粒徑相對(duì)較均勻接分散的含硫炭微球，提高了辦公廢紙的利用率，賦予其較高的附加值，為辦公廢紙的處理提供了一個(gè)很有效的渠道。