[發(fā)明專利]一種具有梯度結(jié)構(gòu)的碳納米管空氣過濾材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310397514.0
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103446804A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏飛;李朋;張瑩瑩;王春雅
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B01D39/14
• 分類號: B01D39/14;C23C16/26
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

1.一種具有梯度結(jié)構(gòu)的碳納米管空氣過濾材料的制備方法，包括如下步驟：

以纖維過濾介質(zhì)作為基底，配制金屬催化劑；并使所述金屬催化劑沿所述基底的厚度方向呈梯度分布；采用化學(xué)氣相沉積法在所述纖維過濾介質(zhì)的表面生長碳納米管，即得到具有梯度結(jié)構(gòu)的碳納米管空氣過濾材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：采用溶液浸漬法實現(xiàn)所述金屬催化劑沿所述基底的厚度方向呈梯度分布；

所述溶液浸漬法包括如下步驟：將所述纖維過濾介質(zhì)浸泡在所述金屬催化劑的溶液中，然后取出所述纖維過濾介質(zhì)，使所述金屬催化劑的溶液中的溶劑沿所述纖維過濾介質(zhì)的厚度方向揮發(fā)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：采用氣溶膠噴霧法實現(xiàn)所述金屬催化劑沿所述基底的厚度方向呈梯度分布；

所述氣溶膠噴霧法包括如下步驟：利用氣溶膠發(fā)生裝置產(chǎn)生所述金屬催化劑的氣溶膠顆粒；在載氣的帶動下，所述金屬催化劑的氣溶膠顆粒沿所述纖維過濾介質(zhì)的厚度方向通過所述纖維過濾介質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于：所述金屬催化劑的溶液中的溶劑為水、乙醇、甲醇、丙酮、苯、二甲苯、二氯乙烷、氯仿、正己烷和環(huán)己烷中至少一種；

所述金屬催化劑的溶液中，所述金屬催化劑的濃度為0.0001mg/mL～1g/mL。

5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的制備方法，其特征在于：所述溶液浸漬法中，所述溶劑揮發(fā)的方法為自然揮發(fā)法、加熱法或冷凍干燥法；

所述氣溶膠噴霧法中，所述氣溶膠發(fā)生裝置為基于Laskin原理的氣溶膠發(fā)生器、基于電磁濺射原理的氣溶膠發(fā)生器、超聲波霧化器、Collison霧化器、DeVilbis霧化器或Lovelace霧化器。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：通過加熱所述金屬催化劑產(chǎn)生金屬催化劑的氣溶膠顆粒；在載氣的帶動下，所述金屬催化劑的氣溶膠顆粒沿所述纖維過濾介質(zhì)的厚度方向通過所述纖維過濾介質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于：所述金屬催化劑的氣溶膠顆粒在所述纖維過濾介質(zhì)內(nèi)部的梯狀分布與所述碳納米管的生長過程為同步原位進行；

所述化學(xué)氣相沉積法中氣體狀態(tài)的碳源作為所述金屬催化劑的氣溶膠顆粒的載氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的制備方法，其特征在于：所述金屬催化劑為Fe基催化劑、Co基催化劑、Ni基催化劑、Cu基催化劑、Mo基催化劑、Mg基催化劑和Al基催化劑中至少一種。

所述化學(xué)氣相沉積法的碳源為一氧化碳、C₁～C₇的烴類氣體、甲醇、乙醇、苯、二甲苯、正己烷和環(huán)己烷中至少一種；

所述生長的溫度為100℃～2000℃，時間為0.1秒～1000小時。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的制備方法，其特征在于：所述纖維過濾介質(zhì)的材質(zhì)為石英纖維、碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維和聚合物纖維中至少一種，所述聚合物纖維的熔點為300℃～1000℃。

10.權(quán)利要求1-9中任一所述方法制備的具有梯度結(jié)構(gòu)的碳納米管空氣過濾材料；

所述具有梯度結(jié)構(gòu)的碳納米管空氣過濾材料中，碳納米管的含量沿所述纖維過濾介質(zhì)的厚度方向遞增或遞減；

所述碳納米管的管徑為0.4nm～100nm。