[發明專利]一種多孔炭纖維材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910268603.2
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110004522A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 戴軍;于幫龍;楊莉;張堯成
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: D01F9/16
• 分類號: D01F9/16;D01F11/10
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明提供了一種多孔炭纖維材料的制備方法，通過采用草本莖纖維為基本原料，在惰性氣氛中炭化得到多孔炭纖維，同時通過氯化鈉溶液對草本莖纖維浸泡，使碳纖維材料韌性增加，所得的碳纖維材料置入裝有加熱油并充入惰性氣氛的高壓罐中浸泡，然后將加熱油以6?10℃/min的升溫速率升溫到150℃?230℃，恒溫1?3h，同時高壓罐旋轉；將步驟S3所得的碳纖維材料取出后置入高溫爐中，在惰性氣氛保護下以8?14℃/min的升溫速率升溫到750℃?880℃，然后恒溫3?5h進行活化刻蝕，在加熱的1/3和2/3時間節點向碳纖維材料噴射高壓水蒸氣，使碳纖維材料形成更多孔隙，避免使用化工原料制作成基本纖維原料，減少了化工原料的使用，節約了能源，避免了環境污染。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，特別涉及一種多孔炭纖維材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，多孔炭材科在材料科學領域引起了日益廣泛的關注，這是因為多孔炭材料兼備孔徑可謂可控且合理分布的微孔、中孔和大孔三元納米孔結構，具有獨特的二元/三元結構梧互協同作層的特點：大孔提供高效的質子傳輸場所，可大大降低擴散阻力，中孔可充當質子傳輸通道，而微孔和/或中孔可為提高反應物質的分散程度，并提供足夠多的活性中心。研究證實這些特性使得多孔炭材料具有轉統多孔材料所無法比擬的優異性能，例如，高效的化學潔性表面、快速的傳質速率和極短的擴散距離等，因此，多孔炭材料在信化、吸附、分離、生物醫藥、健能等領域具有廣泛的應用。

目前，多孔炭材料的制做方法有模板法、模板-活化聯合法或者免模板法，它們的制備原料和模板一殷要通過一系列繁瑣的化學反應才能得到，在這過程中勢必需要消耗和浪費較多的化工原料，對能源造成浪費且污染環境。

發明內容

本發明提供一種多孔炭纖維材料，用以解決現有技術中制備層次孔碳材料過程浪費能源的缺陷。

為了克服上述背景技術的缺陷，本發明提供了一種多孔炭纖維材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1：將草本莖纖維洗凈后用氯化鈉溶液浸泡6-8h；

步驟S2：將浸泡過氯化鈉溶液的草本莖纖維迅速轉移至炭化爐中，在惰性氣氛保護下以4-6℃/min的升溫速率升溫到680℃-880℃，然后恒溫6.5-7h進行炭化，得到碳纖維材料，其比表面積為32-587m²/g；

步驟S3：將步驟S2所得的碳纖維材料置入裝有加熱油并充入惰性氣氛的高壓罐中浸泡，然后將加熱油以6-10℃/min的升溫速率升溫到150℃-230℃，恒溫1-3h，同時高壓罐旋轉；

步驟S4：將步驟S3所得的碳纖維材料取出后置入高溫爐中，在惰性氣氛保護下以8-14℃/min的升溫速率升溫到750℃-880℃，然后恒溫3-5h進行活化刻蝕；

步驟S5：刻蝕產物經60-90℃的水洗滌至中性，得到多孔炭纖維材料。

步驟S1中氯化鈉溶液飽和度為78％-85％，氯化鈉溶液溫度為60℃-75℃。

一種更高比表面積多孔炭纖維材料的制備方法，其比表面積為832-3835m²/g，在步驟S4中采用微波場加熱，在加熱的1/3和2/3時間節點向碳纖維材料噴射高壓水蒸氣。

所述高壓水蒸氣溫度為100-160℃，高壓水蒸氣噴射時間為10-30min。

步驟S2、S4中的惰性氣氛為氮氣或氦氣。

在步驟S3的基礎上，本發明提供了一種用于制備多孔炭纖維材料的高壓罐，包括罐體和內膽，罐體上端密封設置罐蓋，內膽底部與罐體底部通過轉軸連接且密封設置，內膽頂端與罐體側壁通過軸承連接且密封設置，軸承外環與罐體內壁固定連接，軸承內環與內膽外壁固定連接。