[發明專利]一步法制備納米活性碳纖維的方法

在審

• 申請號: 201510566814.6
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105174253A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 袁國輝;張芳平;劉榮;黃書;黎恩源;張法寧
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01B31/08
• 分類號: C01B31/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一步法制備納米活性碳纖維的方法。

背景技術

目前，電化學電容器在混合電動車、電動車和后備電源等領域有著很好的應用前景，倍受人們的關注。已經商品化的、用于電化學電容器的碳基電極材料主要為活性炭和活性碳纖維。活性碳纖維材料具有質量比容量高，導電性好，優異的強度和循環性能好等優點，受到青睞。然而，活性碳納米纖維材料的制備方法主要有物理活化與化學活化法。首先以聚丙烯腈、黏膠等為前軀體制備碳纖維，再進一步活化。物理活化法通常使用二氧化碳、水蒸氣、超臨界水等氧化性氣體為活化劑；化學活化法常用的活化劑主要為氫氧化鉀、氯化鋅、磷酸等。氫氧化鉀是常用的活化劑，所得活性碳纖維性能優良，然而以氫氧化鉀水溶液直接浸泡纖維素加熱直接碳化活化纖維素，在加熱的過程中會造成纖維素大量水解，產率低，性能差。化學活化法制備工藝繁瑣、成本高，從而其較高的成本限制了其在電化學電容器中的應用。因此，簡化制備工藝、使用廉價原料來降低成本具有重要的實際應用價值。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有納米活性碳纖維制備工藝繁瑣、成本高的問題，提供一步法制備納米活性碳纖維的方法。

本發明一步法制備納米活性碳纖維的方法，按如下步驟進行：

一、將細菌纖維素浸泡在去離子水中超聲洗滌，然后用液氮冷凍后進行冷凍干燥15～30h，獲得備用細菌纖維素；

二、將備用細菌纖維素浸泡在氫氧化鉀乙醇溶液中，吸收至飽和，獲得氫氧化鉀/細菌纖維素前驅體；

三、將氫氧化鉀/細菌纖維素前驅體置于管式爐中進行高溫熱解，即得納米活性碳纖維。

本發明利用氫氧化鉀/細菌纖維素作為前驅體，一步制備納米活性碳纖維，減少了工藝步驟，方法簡單，可規模化生產，原料廉價易得；選用乙醇溶劑代替水溶劑避免了纖維素的水解，同時又不破壞細菌纖維素微觀結構；將所得活性碳纖維用做超級電容器的電極材料，具有很好的電容特性；

附圖說明

圖1為實施例1所獲得的納米活性碳納米纖維的掃描電鏡照片；

圖2為實施例1所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的不同掃描速度下的循環伏安曲線；其中a為20mV/s，b為50mV/s，c為100mV/s；

圖3為實施例1所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的恒電流充放電曲線；其中a為0.5A/g，b為1A/g，c為2A/g，d為3A/g，e為5A/g；

圖4為實施例2所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的不同掃描速度下的循環伏安曲線；其中a為20mV/s，b為50mV/s，c為100mV/s；

圖5為實施例2所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的恒電流充放電曲線；其中a為0.5A/g，b為1A/g，c為2A/g，d為3A/g，e為4A/g，f為5A/g；

圖6為實施例3所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的不同掃描速度下的循環伏安曲線；其中a為10mV/s，b為20mV/s，c為50mV/s，d為100mV/s；

圖7為實施例3所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的恒電流充放電曲線；其中a為0.5A/g，b為1A/g，c為2A/g，d為3A/g，e為4A/g，f為5A/g；

圖8為實施例1～3所獲得的以納米活性碳纖維制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中依據恒電流充放電曲線計算所得的比電容曲線，其中a為ACF-1，b為ACF-2，c為ACF-3。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式一步法制備納米活性碳纖維的方法，按如下步驟進行：

一、將細菌纖維素浸泡在去離子水中超聲洗滌，然后用液氮冷凍后進行冷凍干燥15～30h，獲得備用細菌纖維素；

二、將備用細菌纖維素浸泡在氫氧化鉀乙醇溶液中，吸收至飽和，獲得氫氧化鉀/細菌纖維素前驅體；

三、將氫氧化鉀/細菌纖維素前驅體置于管式爐中進行高溫熱解，即得納米活性碳纖維。

本實施方式利用氫氧化鉀/細菌纖維素作為前驅體，一步制備納米活性碳纖維，減少了工藝步驟，方法簡單，可規模化生產，原料廉價易得；選用乙醇溶劑代替水溶劑避免了纖維素的水解，同時又不破壞細菌纖維素微觀結構；將所得活性碳纖維用做超級電容器的電極材料，具有很好的電容特性；