本发明属于新材料技术领域和固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种生物质制取类石墨烯前驱体的方法。
背景技术：
生物质是通过光合作用形成的各种有机体，是一种持续性资源。纤维素类生物质主要包括农业纤维素类生物质和林业纤维素类生物质等。农业纤维素类生物质主要包括农作物秸秆和农产品加工废弃物。农作物秸秆包括水稻、玉米和小麦秸秆等，其中水稻、玉米和小麦秸秆占到84.3％；农产品加工废弃物有稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣等。林业纤维素类生物质的主要是薪炭林、林业废弃物和平茬灌木等。我国陆地林木生物质资源总量在180亿吨以上。
石墨烯是一种由六边形网格单体结构的碳原子紧密排列而成的的二维晶体材料。它是当今最薄的材料，单层石墨烯的厚度只有一个碳原子的直径，属于一种纳米材料。其厚度约0.34纳米，1毫米厚的石墨片是由近300万层石墨烯堆垛而成。它是一种具有优异的机械特性、电子特性和热特性的二维材料。石墨烯具有超强的的机械强度，机械强度是钢铁的100倍，比金刚石还坚硬；具有超高的导电性，迁移率是硅的100倍；具有优异的导热性能，优于碳纳米管，有望成为未来超大规模纳米集成电路的散热材料；具有极高的透光率；极高的比表面积，有望成为潜力巨大的储能材料等。
近年来，科学家越来越关注高质量石墨烯的规模化生产。然而，当前多数合成石墨烯方法主要依靠纯净的化学试剂，造成规模化生产成本昂贵。如何利用价格低廉且分布广泛的生物质制取石墨烯或类石墨烯成为国内外科学家的关注要点之一。
目前的石墨烯制备技术大体上分为三类：主要包括微机械剥离法、化学气相沉淀法和氧化石墨还原等。微机械剥离方法操作简单，但其可控性较差，效率低，成本高，不适合大规模生产。化学气相沉淀所制备出的石墨烯的厚度可控性差，效率不高，转移过程复杂氧化石墨还原。氧化石墨还原该方法操作简单、制备成本低，可以大规模地制备出石墨烯，已成为石墨烯制备的有效途径。但容易引起石墨烯的晶体结构缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种生物质制取类石墨烯前驱体的方法。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、首先将生物质原料粉碎至颗粒大小1mm以下，并干燥至生物质原料含水率10％以下；
步骤2、然后将生物质、乙醇置于带有搅拌设备的密封耐压容器中，升温至260℃～310℃，升压至6mpa～20mpa，并在此状态保持0.5～9小时，在该过程中，启动搅拌设备对容器内的物质进行搅拌；
步骤3、冷却后进行过滤、固液分离，得到的固体为类石墨烯前驱体，固体转化率为30％～63％。
进一步的：步骤1中的生物质原料采用木材、竹材、农作物秸秆、果壳等木质纤维素类物质中的一种及多种的混合物。
进一步的：步骤2中加入催化剂，催化剂用量为：生物质原料总质量的1～10wt％。
更进一步的：催化剂采用碳酸钾或碳酸钠或氢氧化钾。
进一步的：步骤2中加入的乙醇的纯度为75～100v/v％。乙醇的用量为：每1克生物质原料用1～15毫升。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明利用超临界乙醇，将生物质转化为类石墨烯前驱体，类石墨烯前驱体可以用于制取类石墨烯。
2、本发明选用超临界乙醇作为反应介质，具有较低的临界温度和临界压力。乙醇相对于其它醇类具有无毒的优势。
2、本发明具有条件温和、反应设备要求较低的优点。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其发明点为，包括如下步骤：
步骤1、首先进行粉碎，使生物质原料的颗粒度小于1mm，如果颗粒度已达到要求，可以不用粉碎；再进行干燥，使生物质原料的含水率小于10％。其中，生物质原料可采用但不限于木材、竹材、农作物秸秆、果壳等木质纤维素类物质中的一种及多种的混合物。
步骤2、然后将生物质、乙醇置于带有搅拌设备的密封耐压容器中，也可优选加入一定量的催化剂，催化剂用量为：生物质原料总质量的1～10wt％，催化剂可采用采用碳酸钾或碳酸钠或氢氧化钾；容器内升温至260℃～310℃，升压至6mpa～20mpa，并在此状态保持0.5～9小时，在该过程中，启动搅拌设备对容器内的物质进行搅拌。其中加入的乙醇的纯度优选为75～100v/v％。乙醇的用量优选为：每1克生物质原料用1～15毫升。
步骤3、冷却后进行过滤、固液分离，得到的固体为类石墨烯前驱体，固体转化率为30～63％。其中，类石墨烯前驱体为制备类石墨烯纳米复合材料，该类石墨烯前驱体经过800℃下氮气环境活化，盐酸溶液酸洗，干燥后可得类石墨烯。
针对生物质制取类石墨烯前驱体的方法，例举一下两个实施例来具体说明：
实施例1：利用超临界乙醇和碳酸钾作为催化剂的杉木制备类石墨烯前驱体的方法：
将50g过20目干燥后的杉木锯末，2.5g碳酸钾、300ml的96％的乙醇加入高压釜，密封后升温至280℃，升压至12.1mpa,在该状态保持5小时，冷却后进行过滤，固液分离，固体质量20g,固体转化率40％。
实施例2：利用超临界乙醇的杉木制备类石墨烯前驱体的方法
将50g过20目干燥后的杉木锯末，300ml的96％的乙醇加入高压釜，密封后升温至300℃，升压至14.5mpa,在该状态保持5小时，冷却后进行过滤，固液分离，固体质量19g,固体转化率38％。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
1.一种生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、首先将生物质原料粉碎至颗粒大小1mm以下，并干燥至生物质原料含水率10％以下；
步骤2、然后将生物质、乙醇置于带有搅拌设备的密封耐压容器中，升温至260℃～310℃，升压至6mpa～20mpa，并在此状态保持0.5～9小时，在该过程中，启动搅拌设备对容器内的物质进行搅拌；
步骤3、冷却后进行过滤、固液分离，得到的固体为类石墨烯前驱体，固体转化率为30～63％。
2.根据权利要求1所述的生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其特征在于：步骤1中的生物质原料采用木材、竹材、农作物秸秆、果壳等木质纤维素类物质中的一种及多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其特征在于：步骤2中加入催化剂，催化剂用量为：生物质原料总质量的1～10wt％。
4.根据权利要求3所述的生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其特征在于：催化剂采用碳酸钾或碳酸钠或氢氧化钾。
5.根据权利要求1所述的生物质制取类石墨烯前驱体的方法，其特征在于：步骤2中加入的乙醇的纯度为75～100v/v％。乙醇的用量为：每1克生物质原料用1～15毫升。
技术总结