[發明專利]納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠及其制備方法與應用

無效

• 申請號: 200810028173.9
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101281821A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 符若文;呂貴芬;吳丁財
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;C02F1/46
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及一種納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠復合材料及其制備方法，以及將該復合材料在處理難生物降解有機污染物和超級電容器電極材料中的應用。

背景技術

炭氣凝膠是一種新型納米多孔炭材料，具有高比表面積、密度低、豐富的中孔和良好的導電性等特點，在環保、能源、醫藥等很多領域都有廣泛的應用。如炭氣凝膠具有豐富的中孔和良好的導電性，可用作電極材料用于電化學處理有機廢水，這既避免了由于純吸附作用造成的二次污染，又可以提高電極材料的利用率；炭氣凝膠具有高比表面積和良好的導電性，可用于超級電容器電極材料。

同時，炭氣凝膠是一種優良的載體，可以將不同的活性組分摻雜在其中，改善組分的性能，擴展炭氣凝膠的用途。二氧化錳是一種過渡金屬氧化物，在各種過渡金屬氧化物中，MnO₂資源廣泛，價格低廉，環境友善，具有多種氧化價態，被廣泛用作電池電極材料和氧化催化劑材料。

炭氣凝膠具有發達的孔隙結構和巨大的比表面積及良好的導電性能，是一種優良的吸附劑和電極材料，將其用于三維電極法電化學氧化有機廢水，具有去除速度快和降解徹底的優點，但是材料的使用壽命有限。二氧化錳在一定的條件下，可以催化生成羥基自由基達到迅速高效去除有機物的目的，二氧化錳/炭氣凝膠復合電極材料充分發揮二者的優點，用于處理有機廢水具有高效、快速，不產生二次污染，使用壽命長的優點。目前所用的三維電極材料多采用多孔活性炭為基體，活性炭的孔徑分布不均，且以微孔為主，對有機物的吸附量較小，而且二氧化錳呈微米級顆粒分散，催化活性較低。

炭氣凝膠用于制備雙電層電容器，具有響應速度快，穩定性好和循環壽命長的優點，但是通常能量密度較低。而以二氧化錳制備的贗電容器具有很高的能量密度，但是由于自身電阻較大，響應速度循環壽命往往較低。二氧化錳/炭氣凝膠復合超級電容器是近年來新發展起來的電容器研究方向，它充分發揮了二者的優點，同時擁有高能量密度和高功率密度。目前，制備二氧化錳/多孔炭材料超級電容器，常見的多孔炭材料有活性炭、碳纖維、碳納米管等，活性炭孔徑分布不均勻導致孔徑利用率低，碳纖維等、碳納米管成本較高，前處理工藝復雜，而炭氣凝膠具有高比表面積，孔徑分布集中且可調控等優點，制備過程相對簡單，使得炭氣凝膠成為超級電容器理想的電極材料。

除此之外，這種復合材料還可應用于甲醛氣體的催化降解等方面，因此，二氧化錳負載炭氣凝膠復合材料在環保及能源等領域有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠及其制備方法與應用，本發明利用炭氣凝膠的高比表面積、豐富的納米孔結構和良好的導電性，通過共沉淀法將納米二氧化錳負載在炭氣凝膠的表面，制備出納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠復合材料，并將其用于環保和儲能領域。本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠，其特點是由炭氣凝膠負載上納米二氧化錳而成，炭氣凝膠的孔徑約20～30nm，絲狀二氧化錳直徑約5～25nm，其中的納米二氧化錳占總質量的20~50％。

上述納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠中的納米二氧化錳可經共沉淀法制備并負載到炭氣凝膠上。所述納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠的制備方法為在高錳酸鉀溶液中加入炭氣凝膠顆粒，浸漬吸附；然后逐漸加入與高錳酸鉀溶液等體積的醋酸錳溶液，濾去溶液，抽濾，再經干燥；所述高錳酸鉀溶液的濃度為0.1～1mol/L，醋酸錳溶液的濃度為0.15～1.5mol/L，高錳酸鉀溶液與炭氣凝膠的比例為50ml∶1g～200ml∶1g。

上述制備方法中，把所述炭氣凝膠顆粒加入到高錳酸鉀溶液中，再經磁力攪拌吸附，然后逐漸加入醋酸錳溶液，繼續強烈攪拌，反應一定時間后，反復用蒸餾水沖洗，抽濾，于50～150℃干燥。即得納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠復合材料。

上述納米絲狀二氧化錳負載炭氣凝膠的用途包括：在用于電催化氧化降解有機廢水的三維電極材料中的應用，或在超級電容器電極材料中的應用。