[發(fā)明專利]一種多孔碳布、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710512704.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN107195906B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉軍;謝天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/66
• 分類號(hào): H01M4/66;H01M8/0234;H01M10/0525;H01M10/054;H01M12/06;H01G11/36;C02F1/461;C02F101/30
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發(fā)明公開了一種多孔碳布。此外，本發(fā)明還公開了所述的多孔碳布的制備方法，碳布在丙酮、乙醇、水中的至少一種溶劑中浸漬，隨后經(jīng)干燥處理，得到預(yù)處理碳布；將得到的預(yù)處理碳布在600℃?650℃下燒結(jié)，制得所述的多孔碳布。本發(fā)明采用一步退火法制備出了孔徑均勻的多孔碳纖維布，方法簡單環(huán)保。本發(fā)明所述的多孔碳布作為電化學(xué)法降解染料廢水陽極材料，可有效降解亞甲基藍(lán)、羅丹明b、甲基橙等多種染料廢水。將所述的多孔碳布作為生長基底，活性材料與碳布接觸好，這有利于鋰離子在材料中的嵌入/脫出，將其用作鋰離子、鈉離子電池負(fù)極具有巨大的優(yōu)勢，這種新穎的多級(jí)復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很高的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳纖維布的制備領(lǐng)域，具體涉及一種具有多孔性能的碳布、及其制備方法，及其在污水處理、電池材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳布為碳纖維布的簡稱，是一種用碳纖維交錯(cuò)而成的紡織物，碳布具有良好的穿透選擇性，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于很多領(lǐng)域，如燃料電池膜電極，超級(jí)電容器電極材料，鋰硫電池正極材料，鋰空氣電池正極材料，鋰離子電池負(fù)極材料等。但是，商用碳纖維布的電化學(xué)活性不高，比表面積較小，導(dǎo)致其能量存儲(chǔ)能力較低，這些缺陷限制了碳布的進(jìn)一步的應(yīng)用。

印染行業(yè)每年產(chǎn)生大量印染廢水，其排放量占總工業(yè)廢水排放量的35％，染料廢水不僅具有高化學(xué)需氧量、高色度的特點(diǎn)，還含有大量“三致”毒性的難降解有機(jī)污染物；隨著染料工業(yè)的飛速發(fā)展和方法的不斷進(jìn)步，新型助劑、染料等在染料行業(yè)的大量使用，進(jìn)一步加重了染料廢水脫色處理的難度，對(duì)水環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。染料廢水處理主要是對(duì)其進(jìn)行脫色。染料廢水的處理方法可分為物理化學(xué)法、化學(xué)法、生物法、高級(jí)氧化法和電化學(xué)法等。其中電化學(xué)氧化法由于其獨(dú)有的優(yōu)越性，近年來正被廣泛研究應(yīng)用。電化學(xué)法處理有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)以電子為反應(yīng)試劑，無二次污染，環(huán)境友好；(2)能量利用率高；(3)處理設(shè)備簡單，流程方便；(4)無需加壓升溫，安全性好；(5)適用范圍廣，可用于降解化學(xué)需氧量(COD)0.1mg/L-100mg/L的有機(jī)廢水；(6)電化學(xué)處理有殺菌作用，使廢水中的細(xì)菌等微生物失去活性。

柔性儲(chǔ)能裝置已經(jīng)在可穿戴柔性電子設(shè)備，諸如電子紙張、柔性屏幕和可穿戴傳感器等領(lǐng)域引起了極大關(guān)注。這些發(fā)明將被廣泛使用并對(duì)未來的生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在各種能量存儲(chǔ)裝置中，由于擁有高能量密度、長壽命和倍率性能，二次電池被認(rèn)為是最有希望的候選者。對(duì)柔性電池的應(yīng)用而言，設(shè)計(jì)出有優(yōu)秀的柔性、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能的適用于輕型結(jié)構(gòu)的電極非常重要。近來，碳納米管和石墨烯等碳材料由于其良好的導(dǎo)電性和機(jī)械靈活性而被廣泛用作活性材料的電極材料和載體基質(zhì)，研究人員已經(jīng)做出了很多努力。另一方面，由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，高導(dǎo)電性和商業(yè)可用性，碳布已被證明是柔性電池的良好基材。與傳統(tǒng)電池不同，柔性電極通常不含粘合劑和導(dǎo)電添加劑。碳纖維布適用于柔性電池的重要因素是其電化學(xué)性能在變形條件下是穩(wěn)定的。為了開發(fā)出高性能柔性電池，迫切需要活性材料與柔性基底材料之間有良好的接觸。因此，一種多孔碳布的制備方法，是很有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

現(xiàn)有技術(shù)中也報(bào)道了一些碳布的處理方法，例如，公開號(hào)為CN 104179001 A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種表面經(jīng)過濕法化學(xué)改性的碳布的制備方法，將裁剪后的碳布放于丙酮中浸透后取出并自然晾干，得樣品A；將樣品A和濃硝酸放入水熱反應(yīng)釜中，然后將水熱反應(yīng)釜放到均相反應(yīng)器中于80-140℃保溫反應(yīng)1-4小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后取出碳布，并用去離子水進(jìn)行清洗，最后真空烘干，即得到表面經(jīng)過濕法化學(xué)改性的碳布。

再如，公開號(hào)為CN 103334295 A的中國專利以及公開號(hào)為CN 104018340 A的中國專利文獻(xiàn)均公開了類似的碳布處理方法，均將碳布置于硝酸溶液中回流處理，制得改性的碳布。

現(xiàn)有的這些方法需要在高氧化性酸條件下回流處理，且制得的材料的性能并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明第一目的在于，提供了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的纖維碳布，旨在提升碳布的性能。