[發明專利]一種負載催化劑的碳纖維布及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110404543.X
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113117679A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 趙石永;陳佳梅
• 申請（專利權）人: 趙石永;陳佳梅
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J21/18;B01J27/24;B01J35/06;B01J37/02;B01J37/08;C25B11/054;C25B11/065;C25B11/075;C25B3/26;C25B1/23;H01M4/66;H01M4/74
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅;郭美娟

本發明公開了一種負載催化劑的碳纖維布的制備方法，其制備步驟包括：S1：將基布浸漬于表面處理液中浸漬以對其表面官能團進行處理后進行干燥；S2：將步驟S1中干燥后的基布浸漬于表面修飾劑溶液中后進行干燥；S3：將步驟S2中干燥后的基布浸漬于可溶性金屬鹽溶液中使得可溶性金屬鹽負載于基布上，隨后對基布進行干燥處理；S4：將步驟S3中干燥后的負載有可溶性金屬鹽的基布在保護氣體的氛圍下于700℃?1200℃下熱解后自然降溫至室溫，得到負載有催化劑的碳纖維布。本發明的制備方法工藝簡單、以精確控制催化劑結構，實現高的催化性能，有效解決了碳纖維表面金屬催化劑負載不均勻，易團聚、不可控等系列問題，有利于大規模制備。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維布，具體涉及一種負載催化劑的碳纖維布的制備方法、由該方法制得的碳纖維布以及該碳纖維布在催化領域的應用。

背景技術

目前，我國是世界上最大的紡織品生產和出口國，但是，紡織品科技附加值不高，如果可以基于傳統紡織品，進一步開發出成本低但附加值高的產品，對于推動我國產業升級，促進產業發展是非常必要的。

傳統的碳纖維制備方法是將聚丙烯腈(PAN)纖維或者人造樹脂纖維類的有機纖維在非活性氣體中、通常在高于2000℃的溫度下進行高溫碳化，最后得到高導電的纖維織物。由該方法制備得到的碳纖維幾乎不含有缺陷，可以達到超高的線纖維模量，在輕質增強領域有著廣泛的應用，如東麗株式會社的專利CN201280025547.6。但是，由該方法制得的碳纖維制造成本高，而且因為其表面碳化完全，表面活性位點少，不適于催化反應、能源儲存等領域。

為了將碳纖維應用于催化領域，目前，研究制備碳纖維負載金屬催化劑的方法多集中在將商用的高強度碳纖維作為前驅體，利用硝酸等強氧化性酸對碳纖維表面進行改性，然后進一步吸附金屬鹽溶液，經過高溫碳化熱處理得到顆粒負載的碳纖維結構。例如，中國專利申請CN201910149923.6中公開了一種利用碳纖維制備氮摻雜碳包覆金屬納悶顆粒復合材料的方法，該方法利用碳氈、碳紙、碳泡沫或碳纖維布中的一種作為前驅體，經過表面處理、然后浸漬、熱處理得到氮摻雜的金屬納米顆粒負載的碳纖維結構。專利CN201510692209.3中公開了一種利用靜電紡絲技術，首先將鈷源、聚乙烯吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺混合，攪拌均勻得前驅體紡絲液；通過靜電紡絲獲得前驅體纖維，將前驅體纖維在惰性氣氛下煅燒，得到負載鈷納米顆粒的碳纖維復合材料。但是，該方法的制造成本較高，且得到的鈷納米顆粒尺寸偏大，為50-100nm。此外，中國專利申請CN201910977045.7公開了一種碳纖維編織布負載羥基氧化鐵納米顆粒復合結構，其也是基于商用的碳纖維布，通過水熱法得到氧化鐵納米顆粒結構在碳纖維布上。但是，該方法也不能將催化劑的顆粒控制到很小的尺寸范圍。

綜上可知，目前的方法大多是基于高成本的商用碳纖維作為原材料，在碳纖維表面負載的金屬催化劑尺寸普遍偏大，由于催化劑的催化活性與其尺寸成反比，即，尺寸越小催化性能越高，因此，目前的碳纖維負載催化劑的制備方法并不利于催化性能的提升。因此，有必要提供一種催化劑尺寸可調、制造成本低且可大規模制造的碳纖維負載催化劑的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可用于催化反應的負載催化劑的碳纖維布及其相應的制備方法和應用。該復合碳纖維布具有尺寸可調的金屬催化劑，即表面修飾的碳纖維結構。此外，該負載催化劑的碳纖維布具有成本低、可大規模制造，并具有高效催化活性的特點，可滿足市場對低成本、高效催化反應的需要。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供了一種負載催化劑的碳纖維布的制備方法，其包括以下制備步驟：

S1：基布表面處理：將基布置于表面處理液中浸漬0.5h-1h以對其表面官能團進行處理，然后于80℃-100℃下干燥1h-2h；

S2：表面修飾處理：將步驟S1中干燥后的基布置于表面修飾劑溶液中浸漬0.5h-1h以對基布表面進行有機物表面修飾，然后于80℃-100℃下干燥1h-2h；