[发明专利]一种网络状纳米结构碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米碳材料制备技术领域，具体涉及一种网络状纳米结构碳材料的制备方法。

背景技术

纳米碳材料具有缺陷少，比表面积大，导热导电性能好，及良好的生物相容性等特点，可广泛用作储氢材料，催化剂载体、锂离子电池负极材料、电容器材料及增强结构材料等。制备纳米碳材料所使用的碳源大多为甲烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、环己烷等气态或液态的低碳烃，或是沥青和煤等固态碳源。这些碳源虽有各自的优势，但均为化石类非可再生资源，无法实现可持续发展。生物质资源其主要成分为半纤维素、纤维素和木质素，具有廉价、易得、环境友好、可再生等优势。近年来，人们在制备高质量和高产率的纳米碳材料的同时，提出了纳米碳材料的绿色低碳环保的新工艺，如采用天然生物质材料作为碳源或作为催化剂前驱体制备纳米碳材料。史建华等以生物质为催化剂，通过化学气相沉积制备碳纳米管[以生物质为催化剂化学气相沉积制备碳纳米管，新型炭材料，2012,27(3):175-180]。采用富含过渡金属元素铁的天然生物质黑木耳、紫菜、香菇、黑芝麻的炭化粉末作为催化剂前驱体，天然气为碳源，采用化学气相沉积工艺制备了碳纳米管。黄雯等利用天然生物质杨絮特殊的管状结构通过简单的高温碳化法制备出碳微米管(CMTs)，将所得到的碳微米管作为基底，采用化学气相沉积法制备出三维结构的碳微米管/碳纳米管(CNTs)复合材料[三维碳微米管/碳纳米管复合结构的制备及在超级电容器中的应用，物理化学学报，2012,28(10),2269-2275]。并将此材料应用于超级电容器中，碳微米管/碳纳米管复合电极呈现出良好的双电层电容性能。Kucukayan等人通过热解用硫酸处理蔗糖后留下的中间产物成功合成出多壁碳纳米管[An experimental and theoretical examination of the effect of sulfur on the pyrolytically grown carbon nanotubes from sucrose-based solid state precursors.Carbon,2011,49:508-517]。申请号201410134127.2的专利(一种热解麦秸秆制备的纳米碳材料及其制备方法)，利用热解生物质麦秸秆原料来制备纳米碳材料，在两段管式气氛炉中先将麦秸秆粉在第一段炉中于450～700℃下热解，然后热解气经过第二段炉在催化剂催化下于一定温度范围内下裂解来制备碳纳米管。申请号200810090644.9专利(由可再生原料生产碳纳米管的方法)，使用植物性质发酵的醇，经脱水得到的烯烃，作为碳源并经催化分解生产碳纳米管。申请号200910004603.8的专利(一种三维网状纳米碳纤维及其制备方法和用途)，将细菌纤维凝胶清洗、除杂、干燥得到细菌纤维膜，然后经过500℃以上碳化2-8小时得到粗品，再洗涤、干燥制成具有三维网状结构的纳米碳纤维，网状结构中碳纤维排列杂乱无章。上述所制备的纳米碳材料多为纳米管/纳米线阵列，或是排列杂乱纳米纤维的三维网状结构，且制备工艺过程复杂，周期长。

鉴于以上缺陷，实有必要提供一种可以解决以上技术问题的方法以制备一种网络状纳米结构碳材料。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种网络状纳米结构碳材料的制备方法，该制备方法操作过程简单，制备周期短，原料易得，成本低，并且能够制得网络状纳米结构碳材料。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种网络状纳米结构碳材料的制备方法，包括以下步骤：将作为碳源的紫菜经镍盐水溶液浸泡后干燥，然后于300～500℃下进行碳化，自然降至室温后，再将碳化后的产物研磨后，在通入含有水蒸气的氩气的条件下，于800℃～1100℃下进行活化热处理，自然降至室温后，得到网络状纳米结构碳材料。

所述镍盐水溶液的浓度为0.1～0.3mol/L。

所述紫菜与镍盐水溶液的比为(2～10)g：(50～200)mL。

所述镍盐水溶液为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍的水溶液。

所述浸泡的时间为6～14h。

所述干燥的温度为60～80℃，干燥的时间为4～12h。

所述碳化的时间为0.5～2.5h。

所述碳化是在氩气气氛中进行的。

所述活化热处理是在真空反应炉内进行的，并且活化热处理的时间为1～3h。

所述含水蒸气的氩气的通入方法具体为：将氩气通入盛水的洗气瓶中使得氩气中含有水蒸气，氩气作为载气且流量控制在2～4L/h，并且洗气瓶中水的温度为50～80℃。