[发明专利]一种高比表面中空管状碳纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维材料领域，涉及一种高比表面中空管状碳纳米纤维的制备方法。

背景技术

纳米纤维作为材料家族中的重要成员，按成分可以分为有机聚合物纤维、无机纤维及复合纤维，其中以有机聚合物纤维和碳纤维由于应用面广和制备方法多样而倍受关注，且二者之间存在很大的相关性，有机聚合物纤维可以是碳纤维的前驱体，经过真空/惰性气氛下的高温煅烧即可实现转化。目前，聚合物纤维的制备方法很多，包括热致相分离法、自组装法、拔丝法、模板法、电化学法和气相沉积法等，上述方法可以制备出不同长径比、不同物质组成及不同形貌的聚合物纤维材料。在溶液相中通过系列化学或物理反应实现聚合物纤维的制备具有较大的优势，包括反应易控、条件温和、装置要求低等特点。已有通过高分子聚合物在液相中的自组装制备纤维(CN2014104939216、CN201410493922.0)及中空管状材料(Sylvain Vauthey et al.PNAS.2002,99(8):5355)的研究，但鲜少见到应用这类材料再碳化制备碳纤维的报道。同时，尚未见到采用一步液相聚合制备中空管状聚合物纤维后碳化制备碳化纳米管的相关文献及公开报道。

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中空管状碳纳米纤维的制备方法，采用双油相体系中的超交联聚合，一步制备得到了具有中空结构的管状纳米纤维，该纤维经过碳化可以得到高比表面中空管状碳纳米纤维，该方法反应条件温和，可操作性、可工业化性强。

技术方案

一种高比表面中空管状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；

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，向其中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；所述催化剂的质量分数为4～6％；

步骤3：将体系在温度为75～85℃下反应6～12h，冷却至室温后，抽滤、溶剂清洗直至滤液为无色透明，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，经真空干燥即得中空管状聚合物纳米纤维；

步骤5：将得到的中空管状聚合物纳米纤维在真空条件下500-700℃煅烧3-8h，随炉冷却至室温，即得高比表面中空管状碳纳米纤维。

所述溶剂是1,2-二氯乙烷、氯仿、环己烷或正庚烷。

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。

所述硅油粘度(25℃，cps)低于1500。

有益效果

本发明提出的一种高比表面中空管状碳纳米纤维的制备方法，采用双油相体系中的超交联聚合，一步制备得到了具有中空结构的管状纳米纤维，该纤维经过碳化可以得到高比表面中空管状碳纳米纤维，该方法反应条件温和，可操作性、可工业化性强。所制备的高比表面中空管状碳纳米纤维直径可以在100-300nm范围内可调，比表面积可以达到500m²/g以上，管壁厚度在30-130nm范围可控。制得的中空管状碳纳米纤维在吸附分离及负载、能源与催化领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是高比表面中空管状碳纳米纤维的制备工艺流程图

图2是高比表面中空管状碳纳米纤维的SEM和TEM照片

图3是高比表面中空管状碳纳米纤维的孔径分布曲线

图4是高比表面中空管状碳纳米纤维的BET曲线

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例1：高比表面中空管状碳纳米纤维的制备