[發明專利]整體型納米碳纖維復合多孔材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200710038205.9
• 申請日: 2007-03-19
• 公開（公告）號: CN101070250A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 李平;李亭;何昌春;周興貴;周靜紅;隋志軍;朱貽安
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種整體型納米碳纖維復合多孔材料及其制備方法。

背景技術

自上世紀90年代以來，納米碳纖維作為一種新型的碳質材料引起了人們廣泛關注。納米碳纖維是一類直徑在3～200nm之間，長度為0.1～1000μm不等，具有較大長徑比的準一維纖維狀的類石墨材料，具有獨特的微觀結構。

由于納米碳纖維的直徑介于納米碳管和氣相生長碳纖維之間，納米碳纖維除具有氣相生長碳纖維的特性如低密度、高比模量、高比強度、高導電性等之外，而且在結構、性能和應用等方面還與納米碳管相似，具有缺陷少、結構致密、比表面積大等優點，所以，可用作催化材料、吸附材料、電極材料、電磁屏蔽材料、結構增強材料、高效分離材料等，目前已在航空、電子、能源、催化等越來越多的材料領域中呈現出廣闊的工業應用前景。

與此同時，隨著納米技術的蓬勃發展，納米復合材料的開發與制備已成為材料領域的熱門話題。納米復合材料無論是性質還是功能，都比單一材料具有不可比擬的優勢，因而成為材料領域的一大突破。對納米碳纖維復合材料進行設計與開發，一方面可拓展納米碳纖維的應用途徑；另一方面，在某些工程領域，如在工業催化過程中，納米碳纖維作為催化材料必須整裝化(催化術語謂之成型)，才能滿足工業催化反應裝置對催化材料的裝填和使用要求。將納米碳纖維與具有宏觀結構的基體進行復合，可使原生粉末狀的納米碳纖維具備宏觀整體形狀，從而符合納米碳纖維的成型要求。所以，如何設計與制備納米碳纖維復合材料是進行納米碳纖維應用開發過程中必須要解決的問題。

對此，文獻1(朱東波等，新型炭材料，2002年，第17卷第3期，第66～69頁)利用PAN炭纖維針刺薄氈作為基體，通過催化化學氣相沉積的方法，以二茂鐵為催化劑，在基體上生長出二次炭纖維，形成炭纖維復合材料。文獻2(Leon?Lefferts，et?al，Joumal?of?Materials?Chemistry，2004年，第14卷，第1590～1597頁)以堇青石單柱為基體，以鎳為催化劑，也通過催化化學氣相沉積的方法，在基體上生長出納米碳纖維，制成納米碳纖維/陶瓷復合材料。文獻3(中國專利公開號CN1736585A)則公開了一種納米碳纖維/石墨氈復合催化材料及其制備方法，獲得了大比表面的納米碳纖維復合材料。

但是，上述的文獻和專利公開的技術，其一個顯著的缺陷是，納米碳纖維與基體中的碳纖維的聯結不牢固，納米碳纖維容易從所述復合材料中脫落，納米碳纖維直徑不均勻，所獲得的材料性能不穩定，或不適合于有酸或堿的腐蝕性環境，因此，不利于在大規模裝置中使用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種新型的整體型納米碳纖維復合多孔材料及其制備方法，以克服現有技術存在的上述缺陷，以適應多途徑的應用需求。

本發明的整體型納米碳纖維復合多孔材料是由碳纖維氈基體、碳纖維氈基體上涂覆的碳涂層和碳涂層中的納米碳纖維組成；

以碳纖維氈基體重量為基準，碳涂層的重量為基體重量的0.05～5倍，更好為0.1～3倍，最好為0.15～1.5倍；

納米碳纖維的重量為基體重量的0.1～10倍，更好為0.2～8倍，最好為0.5～5倍；

術語“涂層”指的是“用物理、化學或其它方法，在基體材料表面形成的一層金屬或非金屬的覆蓋層”(見文獻4：胡傳炘等編著，涂層技術原理及應用，化學工業出版社，2000年，第1頁)，碳涂層就是指涂層材料為碳，如文獻5(Th.Vergunst，et?al，Carbon，2002年，第40卷，第1891-1902頁)中對碳涂層有較詳細的描述。

本發明的整體型納米碳纖維復合多孔材料的制備方法包括如下步驟：

(1)將碳纖維氈浸泡在含有金屬鹽的酚醛樹脂-乙醇溶液中0.5～5h，取出，離心除去多余溶液，再在50℃～200℃的溫度下，于空氣中加熱0.5～20h，獲得涂覆有金屬鹽和酚醛樹脂的碳纖維氈；

所說的含有金屬鹽的酚醛樹脂-乙醇溶液中，金屬鹽的重量濃度為0.02％～10％，酚醛樹脂與乙醇的重量配比為1：0.2～1：10；

碳纖維氈與含有金屬鹽的酚醛樹脂-乙醇溶液的重量比例為：1：5～1：500；

金屬鹽包括過渡金屬的可溶性硝酸鹽、鹵素鹽、碳酸鹽或硫酸鹽，優選的為鐵、鈷、鎳或銅的硝酸鹽、鹵素鹽、碳酸鹽或硫酸鹽；

所述的酚醛樹脂固體可采用商業化的產品，如上海雙樹塑料廠生產的SP11型酚醛樹脂，系由甲醛和苯酚反應合成的。