朱美芳院士团队将木质素连续加工成高价值的碳纳米管纤维

　　碳纤维因其高模量和强度而已用于航空航天，飞机，汽车，运动和医疗设备等许多行业。生产碳纤维的常见前体包括聚丙烯腈、石油沥青和再生纤维素。近年来，由于对环境问题和生产成本的担忧，越来越重视使用生物质资源来生产碳纤维而不是石油基资源。在生物质资源中，木质素原料可以从农业废弃物和纸浆工业废弃物中获得，显示出显著的成本优势。

　　木质素作为仅次于纤维素的储量第二大天然高分子材料，含有大量的芳环结构，可作为制备碳纤维的前驱体，与聚丙烯腈基碳纤维相比，生产成本降低50%以上。

　　从木质素制备碳纤维的方法包括熔融纺丝、干纺、湿纺、干射流湿纺和静电纺丝，木质素可以通过多个步骤加工成碳纤维，包括提取，纯化，纺丝，稳定和碳化。然而，木质素基碳纤维的拉伸强度仅为聚丙烯腈基碳纤维的三分之一。由于木质素的非线性分子结构和较宽的分子量分布，木质素制备碳纤维存在一些问题，如前驱纤维质量差、纤维直径不均匀、大直径、喷丝头堵塞等。为了从木质素中生产出高质量的碳纤维，已经采取了一些措施来改善木质素的可纺性，包括将木质素转化为线性聚合物。并将其与其他树脂混合，然而，这些复杂的处理工艺不可避免地增加了木质素基碳纤维的生产成本，不利于其大规模制备。
　　碳纳米管（CNT）纤维是一种特殊的碳纤维材料，由多个碳纳米管组成，具有较高的比强度。与传统碳纤维相比，碳纳米管纤维具有更好的柔韧性，更高的导电性和导热性。碳纳米管纤维的制备方法包括湿法纺丝、阵列旋转和浮动催化剂化学气相沉积（FCCVD）。
　　此外，后处理通常用于改善碳纳米管纤维的机械、电气和热性能，包括溶剂/机械致密化、化学掺杂、金属涂层、酸处理和纯化。目前，连续制备碳纳米管纤维常用的方法是FCCVD。该方法使用的碳源主要来自石油精细化学品，如甲烷，乙烯，乙醇，甲苯和二甲苯，为满足低碳环保要求，以低碳足迹生物质为碳源制备碳纳米管已成为该领域的研究热点。然而，通过FCCVD方法从生物质中连续制备碳纳米管纤维仍存在很大的挑战。
　　基于以上挑战，东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士团队通过溶剂分散，高温热解，催化合成和组装的系统整合实现了木质素中高性能CNT纤维的连续制备。该木质素基碳纳米管纤维的拉伸强度为1.33 GPa，导电性为1.19×105 S/m。此外，可以实现了速度为120 m/h的连续生产CNT纤维。木质素基碳纳米管纤维优异的机械强度和导电性将大大拓展木质素的应用领域。相关成果以“Continuously processing waste lignin into high-value carbon nanotube fibers”为题发表到Nature communications上。

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