[發(fā)明專利]一種在碳纖維表面制備水熱碳層的方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711278031.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN108004767B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 席先鋒;裴學(xué)良;何流;黃慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): D06M13/148
• 分類號(hào): D06M13/148;D06M15/05;D06M15/09;D06M101/40
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

1.一種在碳纖維表面制備水熱碳層的方法，其特征在于包括：將包含有碳纖維、0.1～5wt%碳源和活化劑的水熱反應(yīng)液置入密封反應(yīng)容器中，并在壓力為0.6～5MPa、溫度為150～300℃的條件下反應(yīng)1～24h，從而在碳纖維表面原位生成連續(xù)的水熱碳層，所述活化劑包括氯化銨和/或氫氧化鉀，所述水熱反應(yīng)液中活化劑的含量為0.01～3wt%；

所述碳纖維材料包括碳纖維以及經(jīng)原位連續(xù)生成而覆蓋于所述碳纖維表面的水熱碳層，所述水熱碳層的厚度為40～500nm，所述水熱碳層表面粗糙且具有復(fù)數(shù)個(gè)不規(guī)則片狀或翅狀異形突起，所述水熱碳層表面具有羰基、醌基和羥基中的任意一種或兩種以上的組合的官能團(tuán)，所述水熱碳層表面的官能團(tuán)含量為20～50wt%，所述水熱碳層的比表面積為0.6～5m²/g。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述反應(yīng)的溫度為170～240℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述反應(yīng)的溫度為190～200℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述反應(yīng)的時(shí)間為3～6h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)液中碳源的含量為0.2～5wt%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)液包括包含有碳源的水溶液或分散液。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：所述碳源包括天然物質(zhì)碳源。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述碳源包括水溶性糖類物質(zhì)、水溶性多糖類物質(zhì)和易水解多糖類物質(zhì)中的任意一種或兩種以上的組合。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：所述碳源包括葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、果膠、淀粉、纖維素和土豆中的任意一種或兩種以上的組合。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述碳源包括葡萄糖、蔗糖和纖維素中的任意一種或兩種以上的組合。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纖維包括碳纖維粉、短切碳纖維、碳纖維長(zhǎng)絲和碳纖維織物中的任意一種或兩種以上的組合。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括：反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)體系降溫至常溫，并進(jìn)行過濾，之后對(duì)所得固形物進(jìn)行清洗、干燥。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于：所述清洗所用洗滌劑包括水和/或極性溶劑。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于：所述水包括去離子水和/或自來水。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述異形突起為高度無序的無定型碳。

16.權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述方法制備的碳纖維材料于碳纖維復(fù)合材料制備、污水處理、貴重金屬回收、金屬離子吸附、鋰離子電池電極制備或超級(jí)電容器材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用。