【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物质资源化利用领域，更具体地，涉及生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法及产品。
技术介绍
1、当前，便携式电子设备、电动汽车已成为人们生活中不可或缺的一部分，而大规模储能则是未来风电、光伏等可再生能源大力发展的必要配套。锂离子电池因为具有较高的能量密度和功率密度，近年来已被广泛应用于储能领域。而传统商用锂离子电池石墨负极材料较低的理论容量(372mah/g)，在很大程度上限制了电池能量密度的持续提升，难以满足消费电子和动力储能领域对长续航能力的需求，开发新型高容量负极材料迫在眉睫。
2、含硅生物质资源丰富，以稻壳为例，其全球年产量可达1亿吨，目前现有技术中公开了以稻壳为原料制备锂离子电池负极材料的方法，如cn116314705a公开了一种稻壳制备低温锂离子电池碳负极复合材料的方法，该方法通过水热、酸煮、炭化、脱硅等处理稻壳得到碳前驱体，然后与氮源混合，在催化剂作用下，经过化学气相沉积、酸洗，得到氮掺杂的c/cnt复合材料，具有较好的锂离子电池负极应用性能；cn109768249b公开了锂离子电池的负极材料及其制备方法和锂离子电池，其将稻壳真空热解获得稻壳灰，再与石墨烯复合形成具有核壳结构的锂离子电池负极材料；cn115275133a公开了一种生物质基snoy@c/siox复合材料及其制备方法与应用，其利用锡的歧化反应与碳热还原效应制备可用于锂离子电池负极的snoy@c/siox复合材料的方法。但是针对稻壳等含硅生物质制备锂离子电池负极材料技术，目前研究并没有充分考虑生物质组成特点，对其进行分级
3、糠醛和5-甲基糠醛是一类重要的糠醛类化合物，可以用于制备液体燃料、药物中间体等，通过生物质水热转化制备糠醛和5-甲基糠醛颇具商业前景，cn108250165a公开了一种利用生物质碳水化合物制备n-(5-甲基糠基)苯胺及衍生物的方法，其采用亚磷酸辅助氢碘酸介导果糖等生物质制备5-甲基糠醛，但是氢碘酸原料很不稳定，较易氧化，不便控制，且仍面临剩余残渣亟需高值化利用的瓶颈问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法及产品，旨在解决现有的锂离子电池负极材料制备工艺复杂、经济性差、无法实现多产物联产和原料高值化利用的问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，该方法具体为：
3、s1将含硅生物质与亚磷酸、水、有机溶剂、含碘试剂混合后进行水热反应以获得水热产物；
4、s2将所述水热产物中的有机层分离并回收以制得糠醛类化合物，同时向剩余的固液混合物中通入空气并加热至水分完全蒸发，从而回收碘和水并将过量的亚磷酸氧化成磷酸，以此获得含磷酸的水热固体残渣；
5、s3以磷酸作为扩孔剂，在惰性气氛下对所述水热固体残渣进行热解炭化改性，以此制得含硅的生物炭作为锂电池负极材料，进而实现生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料。
6、作为进一步优选地，所述含硅生物质包括硅藻、稻草、稻壳、竹叶、麦壳、芦苇、荻秆、花生壳中的一种或多种，所述有机溶剂包括苯、甲苯、甲基异丁基甲酮中的一种或多种，所述含碘试剂为单质碘、氢碘酸中的一种或两种。
7、作为进一步优选地，步骤s1中，所述含硅生物质与水的质量比为1:(10～50)，水与有机溶剂的体积比为1:(0.1～10)，所述含硅生物质与含碘试剂中碘元素的比例为1g:(2～40)mmol，所述含碘试剂中碘元素与亚磷酸的摩尔比为1:(1～5)。
8、作为进一步优选地，步骤s1中，水热反应的温度为80℃～200℃，水热反应的时间为0.2h～5h。
9、作为进一步优选地，步骤s3还包括：向所述水热固体残渣中添加炭改性剂，研磨均匀后再进行热解炭化改性，所述炭改性剂包括石墨化催化剂、含锡化合物和扩孔活化剂中的一种或多种。
10、作为进一步优选地，所述石墨化催化剂包括铁、钴、镍的氯化物、硝酸盐、柠檬酸盐、草酸盐、醋酸盐中的一种或多种，所述含锡化合物包括sno、sno2、sn(oh)2、snc2o4、sn(oh)4中的一种或多种，所述扩孔活化剂包括磷酸、磷酸钾、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾中的一种或多种。
11、作为进一步优选地，所述水热固体残渣与含锡化合物的质量比为1:(0.1～5)；所述水热固体残渣与扩孔活化剂的质量比为1:(0.1～10)，所述水热固体残渣与石墨化催化剂的比例为1g:(0.1～5)mmol。
12、作为进一步优选地，步骤s3中，热解炭化改性的温度为500℃～1000℃，升温速率为1℃/min～10℃/min，保温时间为0.2h～5h。
13、作为进一步优选地，所述惰性气氛为氩气、氮气或二者的混合气，惰性气氛的气流量为20ml/min～200ml/min。
14、按照本专利技术的另一方面，提供了利用上述方法制备的锂电池负极材料和糠醛类化合物。
15、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
16、1.本专利技术采用水热与热解相结合的方式实现含硅生物质联产糠醛类化合物与锂离子电池负极材料，以此实现含硅生物质的全量利用，提高产品综合价值，其中利用亚磷酸还原单质碘以维持溶液中氢碘酸的含量，从而在水热阶段制得糠醛类化合物和具有丰富孔隙的生物质水热残渣，然后以亚磷酸还原单质碘的副产物磷酸作为扩孔剂，以含硅的水热固体渣作为碳源，不需要分离亚磷酸及磷酸，直接进行热解活化制得含硅的生物炭作为锂电池负极材料，具有生产投入少、产品多元、附加值高、碳足迹低等优势，能够进一步推进含硅生物质资源化利用，更为重要的是，水热剥离五碳糖和/或六碳糖组分具有扩孔作用，能够使生物质水热残渣的孔隙更加丰富，从而进一步提高制得锂电池负极材料的孔隙率，便于后续应用；
17、2.尤其是，本专利技术通过向水热固体残渣中添加炭包括石墨化催化剂、含锡化合物、扩孔活化剂在内的炭改性剂，能够综合改善生物炭孔隙结构和的晶态结构，进而使制得的锂电池负极材料在锂离子电池应用中获得更好的电池循环稳定性，有效提升锂电池负极材料应用性能。
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1.生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，该方法具体为：
2.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述含硅生物质包括硅藻、稻草、稻壳、竹叶、麦壳、芦苇、荻秆、花生壳中的一种或多种，所述有机溶剂包括苯、甲苯、甲基异丁基甲酮中的一种或多种，所述含碘试剂为单质碘、氢碘酸中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤S1中，所述含硅生物质与水的质量比为1:(10～50)，水与有机溶剂的体积比为1:(0.1～10)，所述含硅生物质与含碘试剂中碘元素的比例为1g:(2～40)mmol，所述含碘试剂中碘元素与亚磷酸的摩尔比为1:(1～5)。
4.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤S1中，水热反应的温度为80℃～200℃，水热反应的时间为0.2h～5h。
5.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤S3还包括：向所述水热固体残渣中添加炭改性剂，研磨均
6.如权利要求5所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述石墨化催化剂包括铁、钴、镍的氯化物、硝酸盐、柠檬酸盐、草酸盐、醋酸盐中的一种或多种，所述含锡化合物包括SnO、SnO2、Sn(OH)2、SnC2O4、Sn(OH)4中的一种或多种，所述扩孔活化剂包括磷酸、磷酸钾、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾中的一种或多种。
7.如权利要求5所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述水热固体残渣与含锡化合物的质量比为1:(0.1～5)；所述水热固体残渣与扩孔活化剂的质量比为1:(0.1～10)，所述水热固体残渣与石墨化催化剂的比例为1g:(0.1～5)mmol。
8.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤S3中，热解炭化改性的温度为500℃～1000℃，升温速率为1℃/min～10℃/min，保温时间为0.2h～5h。
9.如权利要求1～8任一项所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气、氮气或二者的混合气，惰性气氛的气流量为20mL/min～200mL/min。
10.利用如权利要求1～9任一项所述方法制备的锂电池负极材料和糠醛类化合物。
...【技术特征摘要】
1.生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，该方法具体为：
2.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述含硅生物质包括硅藻、稻草、稻壳、竹叶、麦壳、芦苇、荻秆、花生壳中的一种或多种，所述有机溶剂包括苯、甲苯、甲基异丁基甲酮中的一种或多种，所述含碘试剂为单质碘、氢碘酸中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤s1中，所述含硅生物质与水的质量比为1:(10～50)，水与有机溶剂的体积比为1:(0.1～10)，所述含硅生物质与含碘试剂中碘元素的比例为1g:(2～40)mmol，所述含碘试剂中碘元素与亚磷酸的摩尔比为1:(1～5)。
4.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤s1中，水热反应的温度为80℃～200℃，水热反应的时间为0.2h～5h。
5.如权利要求1所述的生物质联产糠醛类化合物和锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤s3还包括：向所述水热固体残渣中添加炭改性剂，研磨均匀后再进行热解炭化改性，所述炭改性剂包括石墨化催化剂、含锡化合物和扩孔活化剂中的一种或多种。
6.如权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖建军，肖海阳，李群寅，康山宁，李少校，龚志琪，陈明浩，熊政，杨濮帆，张俊奕，蒋晨，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：
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