[發(fā)明專利]微孔碳化硅纖維及其制備方法無效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 200810030438.9 | 申請(qǐng)日： | 2008-01-08 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN101215735A | 公開（公告）日： | 2008-07-09 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 楚增勇;王應(yīng)德;赫榮安;程海峰;張曉賓;李效東 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | D01F9/10 | 分類號(hào)： | D01F9/10;D01D1/02;D01D5/08;D01D10/02 |
| 代理公司： | 長沙星耀專利事務(wù)所 | 代理人： | 寧星耀 |
| 地址： | 410073湖*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 微孔 碳化硅 纖維 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種微孔材料及其制備方法，特別是涉及一種微孔碳化硅纖維及其制備方法。
背景技術(shù)
大孔和介孔材料主要用作催化劑載體、過濾大分子物質(zhì)以及隔熱、保溫、隔聲材料等，而微孔材料則多用于吸附、分離小分子物質(zhì)和儲(chǔ)能等領(lǐng)域，微孔材料是近年來的研究熱點(diǎn)，在環(huán)境治理、醫(yī)藥衛(wèi)生以及能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域被寄予厚望。
無機(jī)非金屬微孔材料由于具備良好的穩(wěn)定性、耐溫性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)而成為研究的重點(diǎn)，其中研究較多的微孔材料主要是碳材料，如超級(jí)活性碳、活性碳纖維、碳納米管和碳納米纖維等，這些碳材料都有較高比例的微孔(根據(jù)IUPAC的定義，微孔為孔徑≤2nm的孔洞)。
但是由于碳的抗氧化性差，微孔碳材料難以應(yīng)用到具有氧化性高溫廢氣的回收與再生中，也難以應(yīng)用到氧化性較強(qiáng)的廢水處理中。這方面碳化硅陶瓷材料因?yàn)榭寡趸阅軆?yōu)異而具有明顯的優(yōu)勢。
此外，在吸附儲(chǔ)氫領(lǐng)域，雖然微孔碳材料具有良好的應(yīng)用前景，但GiannisMpourmpakis和George?E.Froudakis最近的研究結(jié)果(Nano?Letter，2006，6(8)：1581-1583)發(fā)現(xiàn)，碳化硅材料比碳質(zhì)材料更適于用作儲(chǔ)氫材料。這是因?yàn)樘蓟枧c氫的結(jié)合能比碳與氫的結(jié)合能高出20％，更適于在溫和條件下對(duì)氫的吸附。
因此，碳化硅微孔材料在某些方面具有碳微孔材料所無可比擬的優(yōu)勢。目前多孔碳化硅材料的制備方法包括4種常用方法(即添加造孔劑法、發(fā)泡法、有機(jī)泡沫浸漬法和溶膠-凝膠法)和6種特殊方法(硅樹脂熱解法、固相反應(yīng)燒結(jié)法、氣相反應(yīng)滲入法、流延成型法、固態(tài)燒結(jié)法和浸漬熱解法)。采用以上方法制備的多孔碳化硅材料均不具有較高比例的微孔。
美國專利US5696217和US5872070報(bào)道了有機(jī)硅聚合物熱裂解制備微孔碳化硅陶瓷材料的技術(shù)，Lipowitz等人也證明了有機(jī)硅聚合物制備的陶瓷纖維中存在納米級(jí)微孔的孔洞(J?Mater?Sci，1990，25：2118-2124.)。但這些報(bào)道中陶碳化硅瓷材料的比表面積較低(＜600m2/g)，尤其是纖維的比表面積極低(＜1m2/g)，難以取得實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
歐陽國恩等人(功能材料，1994，25：300-304)在聚碳硅烷中引入瀝青共混紡絲制備了SiC-C纖維，宋永才等人(材料研究學(xué)報(bào)，2004，18：295-299)通過聚碳硅烷與聚氯乙烯共裂解獲得的新型先驅(qū)體制備了SiC-C纖維，但其目的是用以調(diào)節(jié)SiC纖維的電阻率，而不是用以活化除C形成微孔。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高比表面積的微孔碳化硅纖維及其制備方法。
本發(fā)明之微孔碳化硅纖維由40-65wt％的Si、25-45wt％的C及剩余O組成，呈連續(xù)纖維狀，微孔(孔徑≤2nm)體積占總孔容的85vol％以上，平均孔徑為1.30-2.00nm，比表面積為1100-2100m2/g。
本發(fā)明之微孔碳化硅纖維的制備方法包括以下步驟：
(1)將聚碳硅烷與碳質(zhì)型高分子按10∶3-25(優(yōu)選10∶8-20)的質(zhì)量比溶解在四氫呋喃中，攪拌混合均勻，在純度≥99％的高純氮保護(hù)下，蒸出溶劑得到共混先驅(qū)體，再將所述共混先驅(qū)體置于熔融紡絲裝置中，在純度≥99％的高純氮保護(hù)下加熱到260-350℃進(jìn)行脫泡處理后，在260-290℃，0.4-0.6MPa條件下，以80-150m/min速度進(jìn)行熔融紡絲，制得直徑為10-20μm的原纖維；
(2)將所述原纖維置于氧化爐中，在空氣中按10-30℃/h的升溫速度加熱到160-350℃(優(yōu)選240-300℃)，保溫氧化處理1-10h小時(shí)(優(yōu)選5-8h)，得到不熔化纖維；
(3)將所述不熔化纖維置于活化劑的飽和溶液中室溫浸泡3-40h(優(yōu)選10-25h)，烘干后置于純度≥99％的高純氮保護(hù)的高溫爐中，以10-20℃/min的升溫速度升溫至600-1100℃(優(yōu)選700-900℃)，并在該溫度下活化處理0.5-8h(優(yōu)選2-5h)后制得活化碳化硅纖維；
(4)將所述活化碳化硅纖維用水沖洗直到pH呈中性，烘干，即成。
所述碳質(zhì)型高分子可為瀝青或酚醛。
所述活化劑可為ZnCl2、H3PO4或它們的混合物。
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