[發明專利]一種中空活性炭納米纖維氣凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 202310053393.1
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116053051A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 衛智毅;王慧;王海龍;馬彪;南兵兵;程輝;李守柱
• 申請（專利權）人: 新疆理工學院
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 莊華紅

本發明提供一種中空活性炭納米纖維氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：S1、將SiOsubgt;2/subgt;納米纖維分散于水中，在攪拌條件下加入PAM，形成均勻的膠體，經冷凍干燥，得到物理交聯的PAM/SiOsubgt;2/subgt;納米纖維氣凝膠；S2、將PAM/SiOsubgt;2/subgt;納米纖維氣凝膠經預氧化、高溫碳化，得到碳化后的納米纖維氣凝膠；S3、將碳化后的納米纖維氣凝膠浸泡于堿液中，之后于800～900℃活化，即得。該方法是以SiOsubgt;2/subgt;納米纖維為芯層模板，PAM為殼層活性炭碳源，堿液為去模板劑和活化劑，通過模板導向法，經冷凍干燥、預氧化、碳化、活化得到中空結構的活性炭納米纖維氣凝膠，具有超高的比表面積和良好的電化學性能，是一種高性能的超級電容器材料。

技術領域

本發明涉及納米纖維氣凝膠制備技術領域，具體涉及一種中空活性炭納米纖維氣凝膠的制備方法。

背景技術

氣凝膠是由凝膠膠體脫去大部分溶劑后，使凝膠的空間網狀結構中充滿氣體介質，由此形成的一種超輕質的固體材料。由于氣凝膠的超輕質、高彈性以及強吸附等特性，使其在儲能器件、隔熱材料、吸附材料、催化劑等領域均有應用。

活性炭氣凝膠，也稱碳氣凝膠，是以納米碳顆粒堆疊而成的多孔炭材料，由于其多孔特性，使碳氣凝膠具有高的比表面積和發達的孔結構，主要是以中孔為主。現有的活性炭氣凝膠通常為粉末或顆粒狀，其微觀結構往往由納米顆粒所組成的網絡骨架構成，未能充分發揮其性能優勢，故需要對現有的活性炭氣凝膠進行改進，提高其比表面積，使其應用價值得到最大程度的發揮。

為了進一步提高活性炭氣的比表面積，我們提出以中空活性炭納米纖維代替活性炭顆粒作為構建基元的研究思路，用以制備一種三維結構的中空活性炭納米纖維氣凝膠，期望將其用作高性能的超級電容器材料。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種中空活性炭納米纖維氣凝膠的制備方法。該方法是以環境友好型SiO2納米纖維為芯層模板，PAM(聚丙烯酰胺)為殼層活性炭碳源，堿液為去模板劑和活化劑，通過模板導向法，經冷凍干燥、預氧化、碳化以及活化得到具有中空結構的活性炭納米纖維氣凝膠，可用作高性能的超級電容器材料。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種中空活性炭納米纖維氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

S1、將SiO₂納米纖維分散于水中，在攪拌條件下加入聚丙烯酰胺(PAM)，形成均勻的膠體，經冷凍干燥，得到物理交聯的聚丙烯酰胺/SiO₂納米纖維氣凝膠；

S2、將聚丙烯酰胺/SiO₂納米纖維氣凝膠經預氧化、高溫碳化，得到碳化后的納米纖維氣凝膠；

S3、將碳化后的納米纖維氣凝膠浸泡于堿液中，之后于800～900℃活化，得到中空活性炭納米纖維氣凝膠。

進一步，S1中，SiO₂納米纖維與聚丙烯酰胺的質量比為0.4：1.5～2。

進一步，S1中，SiO₂納米纖維與水的用量比為0.4g：80～100mL。

進一步，S2中，預氧化的條件如下：

預氧化溫度為250～300℃，時間為0.5～1h。

進一步，S2中，高溫碳化的操作過程如下：

將預氧化的納米纖維凝膠在氮氣保護下，以600～1000℃碳化1～2h，得到碳化后的納米纖維氣凝膠。

進一步，S3中，所述堿液為氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液，所述堿液的濃度為2～3mol/L。

進一步，S3中，碳化后的納米纖維氣凝膠在堿液中浸泡的時間為48～72h。