[發(fā)明專利]一種具有磁性的苯并噁嗪基碳納米纖維材料的制備方法

無效

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• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102653891A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁彬;任韜;斯陽;俞建勇
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: D01F9/24
• 分類號: D01F9/24;D01F1/10;D01F11/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有磁性的苯并噁嗪基碳納米纖維材料的制備方法，屬于功能納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，活性納米碳纖維因其超高的比表面積、可控的微介孔結(jié)構(gòu)和良好的物理性能在環(huán)境、能源等重要領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值越來越受到廣泛關(guān)注，其中酚醛基活性碳纖維較之其他活性碳纖維相比具有較高的碳化收率、比表面積和導(dǎo)電性能等優(yōu)點，苯并噁嗪作為一種新型的酚醛材料，其特殊的開環(huán)聚合機(jī)理可有效改善傳統(tǒng)酚醛樹脂縮聚固化可控性差的缺點，而且分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性可實現(xiàn)對其物性的有效調(diào)控，在許多領(lǐng)域有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酚醛樹脂材料，已有研究表明苯并噁嗪基的碳納米纖維在水污染處理方面具有非常好的效果。

但在實際處理過程中由于苯并噁嗪基碳納米纖維體積小、質(zhì)輕易分散等特點，導(dǎo)致使用后難以對其進(jìn)行集中回收，不僅造成了纖維材料的浪費，而且對環(huán)境還形成了二次污染。使用具有磁性的活性納米碳纖維可以實現(xiàn)其在被吸附介質(zhì)中的快速相分離，是解決當(dāng)前苯并噁嗪基碳纖維在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用問題的一條有效途徑。目前還沒有涉及水體污染物吸附磁性碳纖維材料的公開專利技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有磁性的苯并噁嗪基碳納米纖維材料的制備方法，以解決上述苯并噁嗪基碳納米纖維難以回收利用的技術(shù)問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種具有磁性的苯并噁嗪基碳納米纖維材料的制備方法，采用靜電紡絲的方法將磁性物質(zhì)的前驅(qū)體溶液、苯并噁嗪單體以及高分子聚合物模板進(jìn)行混紡制備雜化納米纖維，在后續(xù)的碳纖維制備過程中實現(xiàn)了磁性物質(zhì)在纖維材料中的原位生長，從而克服磁性材料在纖維載體中難以均勻分布的問題。通過簡易的工藝就可以獲得結(jié)構(gòu)均勻、比表面積大、孔隙率高且具有良好磁性的活性碳納米纖維。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種具有磁性的苯并噁嗪基碳納米纖維材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

第一步：在室溫下，將1-30重量份的苯并噁嗪單體和0.1-5重量份的固化催化劑溶解在裝有10-300重量份的溶劑的攪拌釜中，攪拌轉(zhuǎn)速為50-300rpm，攪拌時間為5-30min，得到質(zhì)量濃度為1-25％的苯并噁嗪溶液；

第二步：在室溫下，將1-50重量份的混紡聚合物加入到第一步得到的苯并噁嗪溶液中攪拌混合，攪拌轉(zhuǎn)速為600-1000rpm，攪拌時間為1-3h，得到混紡聚合物質(zhì)量濃度為5-35％的溶液；

第三步：在室溫下，將含鐵化合物加入到第二步得到的溶液中攪拌混合，含鐵化合物的質(zhì)量為苯并噁嗪單體質(zhì)量的15-30％，攪拌轉(zhuǎn)速為500-1500rpm，攪拌時間4-12h，得到混合溶液；

第四步：在室溫和相對濕度為20-60％的條件下，將第三步得到的混合溶液以0.1-3mL/h的流速輸入到靜電紡絲設(shè)備的噴絲頭上，同時將噴絲頭連接10-40kV電源進(jìn)行靜電紡絲制備苯并噁嗪復(fù)合納米纖維膜，接收裝置與噴絲頭之間的距離為5-30cm；

第五步：將第四步所得苯并噁嗪復(fù)合納米纖維膜在100-300℃空氣氛圍中進(jìn)行固化處理，將固化后的苯并噁嗪復(fù)合納米纖維膜置于質(zhì)量濃度為10-30％的氫氧化鉀溶液中浸泡30-120min，取出后在真空烘箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度為60-120℃，干燥時間為30-240min，得到預(yù)處理好的苯并噁嗪復(fù)合納米纖維膜；

第六步：將第五步預(yù)處理好的苯并噁嗪復(fù)合納米纖維膜置于真空管式爐中，在氮氣氣氛保護(hù)下升溫進(jìn)行碳化處理，升溫速率為2-10℃/min，碳化溫度為600-1600℃，恒溫時間為50-200min，碳化過程結(jié)束后降溫至室溫，用0.5-1.5摩爾/升的鹽酸溶液酸化處理5-30min，再用去離子水清洗，放入真空烘箱進(jìn)行干燥，干燥溫度為60-120℃，干燥時間為30-240min，即得到具有磁性的苯并噁嗪基碳納米纖維材料。

所述第一步中的苯并噁嗪單體為雙酚A-苯胺型、雙酚A-2，6-二氟苯胺型、苯酚-間三氟甲苯胺型、雙酚AF-4-氟苯胺型、萘酚-苯胺型、苯酚-苯胺型、雙酚AF-苯胺型、雙酚AF-間三氟甲苯胺型、萘酚-4-氟苯胺型、苯酚-2，6-二氟苯胺型和萘酚-間三氟甲苯胺型中的至少一種。

所述第一步中的固化催化劑包括苯甲酸、己二酸、草酸、芐胺和咪唑中的至少一種。

所述第一步中的溶劑包括甲酸、六氟異丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜、三氯甲烷、二氯甲烷、苯、甲苯和二甲苯中的一種或兩種以上的混合物。