[发明专利]γ-Fe2O3掺杂中空碳纳米纤维膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种γ‑Fe₂O₃掺杂中空碳纳米纤维膜材料的制备方法，其具体步骤为：(1)前驱体的制备；(2)有前驱体的阳极氧化铝AAO模板的制备；(3)将组装有前驱体的阳极氧化铝AAO模板进行煅烧，在模板纳米孔道内得到γ‑Fe₂O₃掺杂中空碳纳米纤维，将煅烧后的AAO模板放在NaOH溶液中除去阳极氧化铝模板；(4)γ‑Fe₂O₃掺杂中空碳纳米纤维的制备；(5)将制备好的γ‑Fe₂O₃掺杂中空碳纳米纤维分散于乙醇溶液中，使用进样针抽取，滴于裸玻碳电极表面，室温下风干成膜，即可得到γ‑Fe₂O₃掺杂中空碳纳米纤维膜材料。本申请的中空纤维内部均匀分散着金属纳米颗粒，形貌笔直，与模板孔道形貌一致，且中空纤维彼此独立，有较好的石墨化程度，中空纤维内部分散的金属颗粒晶型完善。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料的制备领域，特别是一种由内部均匀分散γ-Fe₂O₃金属颗粒的碳纳米中空纤维制备成的膜材料。

背景技术

碳纳米材料是一种新型碳材料，具有很好的物理化学性质及机械性质，已成为当前物理、化学、材料等诸多学科领域的研究热点。也由于这些性质，使它们在催化、传感、电子、医疗和能源等更多领域有着更加广阔的应用前景。在碳纳米材料中，一维碳纳米材料是一种重要的纳米材料，现有的研究工作致力于不同方法的制备及机理研究，并探索其电学、光学、机械等性能。而在一维碳纳米材料的研究中，还存在许多有待解决的问题，阻碍一维碳纳米材料的基础研究及实际应用的主要障碍在其可控制备。一维碳纳米材料特殊的微观形貌及微观结构极大地影响着其电学、力学等性能，调控微观结构、形貌便能有效改变其性能。一维碳纳米材料的可控制备包括纯度控制、结晶控制、排列控制、长度控制、直径控制等。一维碳纳米材料可控制备的关键是找到一种简便有效、重复性好的控制方法。

一维碳纳米材料现已合成多种形貌，如碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米带、碳纳米棒等。其制备方法多为气相沉积法、水热法和溶剂热法。据文献报道，海滇等(纺织学报，2016，37，1-5.)用一种高分子聚丙烯腈基制备了碳纳米纤维，获得的碳纳米材料力学性能较好，呈多孔结构。刘赞等(Iet Micro&Nano Letters，2017，12，236-238.)采用水热纳米浇筑法成功制备出碳纳米棒，通过一系列表征表明具有一维棒状结构的碳纳米棒有着高的比表面积和介孔特征。李绍秀(环境科学与技术，2017，40，124-130.)等人通过化学共沉淀法制备Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃修饰的多壁碳纳米管用于去除水中红霉素，结果表明：磁性铁氧化物修饰后显著提高MWCNTs对红霉素的去除效果，30min红霉素去除率达到87.23％。吸附过程是以物理吸附为主，化学吸附为辅的吸热反应。吸附红霉素的磁性MWCNTs通过微波辐射可实现再生循环使用，具有应用前景。陈一萍等(纺织学报，2016，37，89-93.)使用氧化沉淀方法制备了Fe₃O₄颗粒修饰的多壁碳纳米管，测试结果表明复合吸附材料与原始碳纳米管相比，表面官能团含量明显增加，这是其吸附能力显著提高的主要原因。冯春梁等人(平顶山学院学报，2016，31(05)：42-47.)在环己烷、乙醇和水的混合溶液中，采用共沉淀法制备四氧化三铁-碳纳米管复合材料，将复合材料水相分散液滴涂到磁性碳糊电极(MCPE)表面，制备出一种新型电化学苯酚传感器，实验结果表明所制备的苯酚传感器响应迅速、稳定、灵敏度高，可用于对微量苯酚的检测，在环境监测领域具有潜在的应用价值。中国专利公开号为CN107803181A的专利文献公开了一种磁性四氧化三铁纳米粒子修饰碳纳米管复合材料的制备方法，该方法使用二价和三价铁盐、NH₃·H₂O为原料经过水浴，离心分离，干燥研磨，得到磁性Fe₃O₄纳米粒子，将Fe₃O₄纳米粒子与纯化后的碳纳米管置于三甘醇溶液中搅拌加热，保温后冷却，分离产物，真空烘干，制得磁性Fe₃O₄纳米粒子修饰碳纳米管复合材料。中国专利公开号为CN106047290A的专利文献公开了一种纳米四氧化三铁磁性粒子均匀包覆碳纳米管的方法，通过多元醇法制备，操作方法如下：以碳纳米管、铁盐、醇为反应原料，氢氧化钠或氨水提供碱性环境，最后向其中加入乙醇和去离子水反复洗涤，得到四氧化三铁包覆的碳纳米管。公开号为CN108257793A的专利文献公开了一种碳纳米管/三氧化二铁复合材料的制备方法，通过共沉淀法制备，操作方法如下：将碳纳米管超声后的分散液中加入高铁酸钾，经过热处理，离心分离，水洗醇洗即可得到碳纳米管/三氧化二铁复合材料。中国专利公开号为CN108039257A的专利文献公开了一种三维多孔片层状四氧化三铁/碳纳米电磁波吸收材料的制备方法，该方法将三价无机铁盐、尿素作为合成四氧化三铁的前驱体，和表面活性剂按一定的质量比溶于溶剂中，在密闭条件下反应，对产物进行洗涤、干燥，制得羟基氧化铁；将制得的羟基氧化铁进行煅烧处理，得到三氧化二铁粉体；将三氧化二铁粉体与碳源混合，然后在密闭条件下反应，即得三维多孔片层状四氧化三铁/碳纳米电磁波吸收材料，该电磁波吸收材料饱和磁化率高、矫顽力大、轻质、抗氧化能力强、电磁波吸收性能优异。