[发明专利]一种多功能碳泡沫的制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能碳泡沫的制备方法，属于碳泡沫制备技术领域。本发明的多功能碳泡沫的制备方法包括：将聚合物泡沫材料于纤维素溶液浸泡，洗涤烘干，然后碳化，制得多功能碳泡沫；或者将聚合物泡沫材料于所述纤维素溶液和金属盐的混合溶液中浸泡后，再于碱溶液中浸泡，洗涤烘干，然后碳化，制得多功能碳泡沫；其中，所述金属盐包括镍盐、铁盐、铝盐、铜盐、钴盐、锰盐、铷盐和钒盐中的一种或多种组合。本发明的制备方法工艺简单、原料来源广、生产成本低，可实现对碳泡沫表面浸润度调控，满足不同要求。

技术领域

本发明涉及碳泡沫制备技术领域，具体涉及一种多功能碳泡沫的制备方法。

背景技术

碳材料是我们日常生产生活以及研究中十分常见的一类材料，包括有活性炭、生物质炭、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳泡沫等。在这些种类的碳材料中，碳泡沫由于具有低密度、高比表面积、相互连通的孔洞网络层结构以及可压缩性等优点，成为近年来科学研究的热点方向。尤其是相互连通的孔洞网络层结构，有利于离子和分子的扩散和储存，使得碳泡沫材料被广泛应用在吸附、储能、传感器以及催化剂载体等领域。

目前碳泡沫的制备方法主要包含以下几种：化学气象沉积法(CVD)、水热法、滴涂法以及碳化聚合物泡沫方法。以其他泡沫为模板，通过气相沉积的方法在模板表面生长碳纳米管，可制备碳纳米管泡沫；或是通过水热处理氧化石墨烯分散液可以制备还原氧化石墨烯泡沫。虽然得到的碳纳米管泡沫或是还原氧化石墨烯泡沫具有良好的性能，但是由于这些制备方法工艺要求十分严格，同时生产成本高昂，产量很低，因此无法实现大规模生产及工业化应用。

对于碳泡沫的应用而言，除了相互连通的多孔结构和高表面积等特点之外，材料表面的亲疏水性也是十分重要因素。不同的应用领域对于碳泡沫表面有不同的润湿性要求。例如有机溶剂吸附和油水分离等领域往往要求碳泡沫具有疏水的表面性质；而作为催化载体或是作为储能材料往往要求碳泡沫具有亲水的表面性质。由于之前一种方法制备出的碳泡沫表面润湿性差，无法调控，因此同一种方法制备出来的碳泡沫无法满足多个领域的应用要求。同时通过碳化制备的碳材料往往无法达到超疏水或是超亲水的程度，需要进一步的修饰改性来提高性能。因此需要开发一种新的简单方法制备具有多功能的碳泡沫材料，通过简单的实验条件调节，可以实现碳泡沫材料表面润湿性的调控，甚至可以实现在超疏水/超亲水之间的调控。不仅可以提高碳泡沫的性能，同时满足不同的应用领域的表面特性要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能碳泡沫的制备方法，以解决现有碳泡沫制备工艺复杂、生产成本高且碳泡沫表面润湿性差，无法调控，难以同时应用在不同领域的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种多功能碳泡沫的制备方法，其包括：

将聚合物泡沫材料于纤维素溶液浸泡，洗涤烘干，然后碳化，制得多功能碳泡沫；或者

将聚合物泡沫材料于上述纤维素溶液和金属盐的混合溶液中浸泡后，再于碱溶液中浸泡，洗涤烘干，然后碳化，制得多功能碳泡沫；

其中，所述金属盐包括镍盐、铁盐、铝盐、铜盐、钴盐、锰盐、铷盐和钒盐中的一种或多种组合。

本发明将聚合物泡沫材料于纤维素溶液浸泡后，纤维素溶液在聚合物泡沫骨架上覆盖了一层再生纤维素薄膜，经高温碳化后聚合物泡沫碳化得到碳泡沫，再生纤维素薄膜碳化得到碳薄膜，该碳薄膜由纳米纤维组成，呈多孔网络结构。由于碳泡沫材料本身具有一定疏水性，同时其表面的多孔网络结构的碳薄膜提高了碳泡沫表面的粗糙度，进而提高了碳泡沫的疏水性。