[发明专利]一种花瓣状三维纳米碳材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种花瓣状三维纳米碳材料及其制备方法，该花瓣状三维纳米碳材料由超薄纳米片构成，比表面积高，表面吸附位点充分暴露。制备方法为：以1,2,4,5‑均苯四甲酸二酐与对苯二胺作为单体，通过逐步聚合反应合成两亲性聚合物。以该两亲性聚合物作为前驱体，利用分子内环化反应诱导自组装原位形成花瓣状三维聚合物组装体，此步骤可通过一锅法实现，能够大量制备。将该花瓣状三维聚合物组装体在惰性气氛中碳化可继承其结构特性，形成具有相似结构特征的花瓣状三维纳米碳材料。由于该花瓣状三维纳米碳材料由超薄碳纳米片作为构筑单元形成，表面充分暴露，因此具有比表面积高、吸附位点充分暴露的特性，具备优异的吸附性能，能够作为吸附材料使用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种花瓣状三维纳米碳材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步与工业时代的迅猛发展，环境污染问题变的日益严重。水是人类以及地球上各类动植物生存中不可或缺的，水体的健康对人类以及各类动植物的生存至关重要。因此，如何对水中的污染物进行合理且有效的处理一直以来都是非常紧迫而热门的课题。水中的污染物多种多样，但是对我们造成伤害最大的无疑是各类重金属离子，如Cu²⁺、Hg²⁺、Cr²⁺等，这些污染物对于人类以及各种动植物的健康会产生致命的危害。

目前工业界中对于重金属离子的处理方法主要分为电化学还原法与物理吸附法。电化学还原法能够回收大多数的重金属离子，但是对于金属离子的浓度有一定的要求，当重金属离子的浓度较低时电化学还原法无法发挥作用。此外，电化学还原过程伴随着大量的能源消耗与副反应，对于企业而言面临着巨大的压力。由于高比表面积与发达的孔分布，纳米碳材料是一种优良的物理吸附剂。受到科学家们的广泛研究，并被实际应用于气体与水体净化。

碳材料一直处于迅猛发展的态势，尤其对零维、一维与二维碳材料的研究。上述低维碳材料在水体净化中面临着严峻的问题，如容易团聚、不易去除、吸附效率低等问题。因此制备比表面积高、吸附位点充分暴露的三维纳米碳材料具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种花瓣状三维纳米碳材料及其制备方法，该花瓣状三维纳米碳材料由超薄碳纳米片构成，并且纳米片之间互相分离，并具有比表面积高、活性位点充分暴露的特性。所述的一种花瓣状三维纳米碳材料的制备方法快速便捷、节能环保、具有工业化生产的潜力。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种花瓣状三维纳米碳材料，其特征在于：该花瓣状三维纳米碳材料由超薄碳纳米片构成，并且纳米片之间互相分离，并具有比表面积高、活性位点充分暴露的特性。

所述花瓣状三维纳米碳材料的比表面积高达540-900m²/g。

所述的一种花瓣状三维纳米碳材料的制备方法，其包括如下步骤：通过分子内环化反应诱导自组装得到花瓣状三维聚合物组装体粉末，以花瓣状三维聚合物组装体粉末作为前驱体，在惰性气氛中进行煅烧碳化，得到具有相似结构的花瓣状三维纳米碳材料。

其中，所述的花瓣状三维聚合物组装体粉末的制备方法包括如下步骤：将两亲性聚合物以25.0～100.0mg/mL的浓度溶于二甲基甲酰胺中，得到聚合物溶液，对该聚合物溶液进行热处理，形成花瓣状三维聚合物组装体，待溶液冷却后将花瓣状三维聚合物组装体进行离心，真空干燥，得到花瓣状三维聚合物组装体粉末。

在上述花瓣状三维聚合物组装体粉末的制备方法中，所述热处理的温度为160℃，热处理时间为25-80分钟。

在上述的花瓣状三维纳米碳材料的制备方法中，所述惰性气体为氩气、氢气和氨气中的一种或几种；煅烧碳化温度为600～1100℃；所述的花瓣状三维聚合物组装体由超薄聚合物纳米片构成。

上述的花瓣状三维纳米碳材料可作为吸附材料得以应用。