[发明专利]一种高比表面杂化碳纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于杂化纳米纤维材料领域，涉及一种高比表面杂化碳纳米纤维的制备方法。

背景技术

有机/无机杂化纳米纤维由于兼具有机、无机功能组份及纤维材料的优势与性能，在诸多领域得到良好应用。例如:聚酰亚胺/二氧化钛杂化纤维具有独特的光学、电磁学特性，在环境及涂层领域有潜在应用(CN201410541261.4)；聚偏氟乙烯/凹凸棒土杂化纤维通量大，耐压性好，在水处理中可用于重金属离子去除(CN201210276475.4)；聚苯胺/碳纤维比表面高，稳定性好，可用于高灵敏度气体敏感材料(CN201510835009.9)；温敏聚合物/银纳米颗粒杂化纤维具有温度刺激响应性，可用于催化反应、表面增强拉曼光谱的基底，以及杀菌的敷料(CN201510354484.4)。在诸多的有机/无机杂化纳米纤维中，以碳材料为基体中部分组成的杂化纤维近年来随着吸波材料、电极材料等强烈需求而成为研究的热点，已有的含碳材料的杂化纤维包括碳纳米纤维/铁氧体(CN201410057355.4)，碳纳米纤维/金属粒子(CN201010505642.9和CN201210454732.9)，硒化钼/多孔碳纳米纤维(CN201510947451.0)、二氧化钛/碳纳米纤维(CN201210159566.X)、四氧化三钴/碳纳米纤维(CN201710121439.3)等。虽然目前含碳杂化纳米纤维种类及制备方法繁多，但尚未见到通用的实现管状碳纳米纤维与金属颗粒或金属氧化物简单复合的方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高比表面杂化碳纳米纤维的制备方法，采用双油相体系，通过超交联聚合反应制备得到超交联中空管状纳米纤维，在经过金属离子浸渍、高温真空煅烧制备得到了系列新颖结构的高比表面杂化碳纳米纤维。

技术方案

一种高比表面杂化碳纳米纤维的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将单体溶解在溶剂中，得到溶液A；其中单体质量分数为5-10％；所述单体是1,4-对二溴苄、1,3,5-三溴苄、3,5-二(溴甲基)甲苯、1,3-二(溴甲基)苯、1,2-二(溴甲基)苯或1,3-二(溴甲基)甲苯；所述溶剂是1,2-二氯乙烷、氯仿、环己烷或正庚烷；

步骤2：将溶液A加入到盛有硅油的三口瓶内，开启搅拌10～30min后，加入溶有催化剂的溶剂；其中溶液A与硅油的体积比为1：5～10；催化剂与单体的质量比为1：3～5；

步骤3：将体系在温度为75～85℃下反应6～12h，冷却至室温后，离心分离得到黑褐色固体；将得到的黑褐色固体用溶剂、无水乙醇进行清洗，直至抽滤的滤液呈无色透明，得到红褐色固体；

步骤4：将得到的红褐色固体装入纱布袋，采用无水乙醇对其进行索氏提取，提取24h后，经真空干燥即得超交联中空管状纳米纤维；

步骤5：将得到的超交联中空管状纳米纤维分散在金属盐的无水乙醇/水混合溶液中，并抽真空直至混合溶液中无气泡溢出，过滤、真空干燥得到超交联中空管状纳米纤维/金属离子复合物；其中超交联中空管状纳米纤维的质量分数为1-5％，金属盐的质量分数为10-25％，无水乙醇与水的体积比为1:3-8；

步骤6：将超交联中空管状纳米纤维/金属离子复合物在真空条件下煅烧，温度在500-700℃，时间在3-5h，随炉冷却即得高比表面杂化碳纳米纤维。

所述催化剂的质量分数为4～6％。

所述硅油是甲基硅油、乙基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油或乙基含氢硅油。

所述催化剂是无水三氯化铁或无水三氯化铝。

所述金属盐是铁、猛、铝、锌、镍、钴、铜的可溶性盐酸盐或硫酸盐或硝酸盐或醋酸盐。

所述硅油可以是粘度(25℃，cps)低于1500的硅油。

有益效果

本发明提出的一种高比表面杂化碳纳米纤维的制备方法，采用双油相体系，通过超交联聚合反应制备得到超交联中空管状纳米纤维，在经过金属离子浸渍、高温真空煅烧制备得到了系列新颖结构的高比表面杂化碳纳米纤维。所制备的高比表面杂化碳纳米纤维表现为中空管状，管内负载无机颗粒的结构，无机颗粒可以是铁磁性颗粒、也可以是金属纳米颗粒，无机颗粒的含量可以在较大范围内调控。该方法工艺简单，工业化前景广阔，所得到的高比表面杂化碳纳米纤维在催化、环境、能源、防御等领域有重要的应用价值。

附图说明

图1是高比表面杂化碳纳米纤维的制备工艺流程图