[發明專利]一種偶聯劑、多孔滲碳涂層纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 202010470629.8
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111607847B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李峰波;袁國卿
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;C03C25/68;C03C25/44;C03C25/12
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 吳利芳

本發明涉及一種偶聯劑、多孔滲碳涂層纖維及其制備方法，屬于碳纖維材料制備技術領域，解決了現有活性炭纖維本身固有的強度低的問題。本發明提供的多孔滲碳涂層纖維的制備方法，包括如下步驟：步驟1：對玄武巖纖維進行表面酸堿刻蝕處理；步驟2：利用二(2?呋喃基甲氧基)二甲基硅烷的四氫呋喃溶液和呋喃甲醛與呋喃甲醇縮合樹脂的四氫呋喃溶液對表面改性玄武巖纖維進行涂覆處理，涂覆層進一步聚合固化；步驟3：涂層處理后的玄武巖纖維進行碳化與活化處理，制得具有多孔滲碳涂層的玄武巖纖維。本發明采用玄武巖纖維作為基質纖維，通過表面滲碳處理形成多孔碳層，從而使其具有活性炭纖維的孔隙特性，同時具有玄武巖纖維良好機械強度。

技術領域

本發明涉及新材料技術領域，尤其涉及一種偶聯劑、多孔滲碳涂層纖維及其制備方法。

背景技術

吸附分離過程是一種非常普遍的自然過程，通過不斷合成和制造出各種吸附材料，吸附分離過程被廣泛應用于化學化工、生物醫藥、分析測試、環境治理等領域。隨著城市和工業污水治理、重金屬污染、有機物油類污染物、清潔飲用水、VOCs以及廢氣治理與二氧化碳捕捉回收等大量環境問題的出現，需要滿足各類特定性能要求的高效吸附材料，但在實際的應用中，主要還是活性炭、樹脂和活性氧化鋁少數幾類從成本和性能上都能滿足應用吸附材料。纖維狀活性炭是一種具獨特開放的孔隙特性及優異的織造加工性能的新型吸附材料，在溶劑回收、VOCs去除及凈水設備得到應用。但其用量及范圍與普通活性炭相比還是微不足道的。

從物理形態來說，纖維狀活性炭可以通過織造工藝滿足各種實際應用中對整體構件體的要求，廣泛應用于工業污染治理，廢氣、廢液、重金屬污染，污染土壤水體的生態恢復等。活性炭纖維在化學性質上穩定，耐酸堿，耐熱，而且其生物兼容性比較好。由于其原料與制造過程嚴格可控，其化學純度較高，導電性能好。這些決定其在電化學過程，生物材料相關應用方面也有巨大的潛力。活性炭纖維具有相對特殊的孔隙結構，纖維直徑在10微米左右，微孔分布纖維表面，所有孔均處于開放狀態，易于實現高的比表面，同時提高吸附速率?；钚蕴坷w維的吸附速率是顆粒活性的100-1000倍，吸附容量也是顆粒活性炭的1.5-10倍?；钚蕴坷w維在實際應用中容易制造整體成型結構，過程壓力損失為顆粒狀活性炭的1/3左右。適用于高流速氣流，及黏度大的液體。顆粒活性炭無法使用的環境。

活性炭纖維的研發與推廣實踐中還存在幾個問題：1)需要優化制造成本方面，使其與顆?；钚蕴考胺勰┗钚蕴坎荒苡刑蟛町悾?)需要在表面孔隙結構與機械性能和強度方面實現二者的平衡。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種偶聯劑、多孔滲碳涂層纖維及其制備方法，用以現有技術中活性炭纖維本身固有的強度低的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一方面，本發明提供了一種偶聯劑，偶聯劑為二(2-呋喃基甲氧基)二甲基硅烷；二(2-呋喃基甲氧基)二甲基硅烷的結構式為：

另一方面，本發明還提供了一種偶聯劑的制備方法，用于制備上述的偶聯劑；二(2-呋喃基甲氧基)二甲基硅烷由二氯二甲基硅烷、呋喃甲醇、氫氧化鈉在無溶劑條件下直接縮合反應制備得到；

呋喃甲醇的用量為二氯二甲基硅烷摩爾量的2.0～2.3倍，氫氧化鈉的用量為二氯二甲基硅烷摩爾量的2.1～2.4倍；二氯二甲基硅烷加入溫度為-5～0℃，反應溫度為20～30℃，反應時間為1.0～2.0小時。

再一方面，本發明還提供了一種多孔滲碳涂層纖維，制備原料包括上述的偶聯劑，多孔滲碳涂層纖維由內到外依次包括玄武巖纖維基質、過渡層和碳質涂層；過渡層為Si-C-O過渡層。

第四方面，本發明還提供了一種多孔滲碳涂層纖維的制備方法，采用權利要上述的二(2-呋喃基甲氧基)二甲基硅烷偶聯劑，用于制備上述的多孔滲碳涂層纖維；包括如下步驟：