[发明专利]一种芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维及其活化方法

说明书

本发明提供了一种芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维及其活化方法，属于碳材料技术领域。其技术方案为：一种芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维及其活化方法，包括材料预处理、芭蕉芯的活化和芭蕉芯的碳化三个步骤；芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维使用包括材料预处理、芭蕉芯的活化和芭蕉芯的碳化三个步骤制得。本发明的有益效果为：本发明选择生物质材料芭蕉芯作为原材料，经预处理、活化、碳化等工艺，使得本发明的芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维具备高比表面积、高导电性、高吸附性、良好的孔隙结构以及螺旋结构多样化等特点。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，尤其涉及一种芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维及其活化方法。

背景技术

随着科技和工业的发展以及环保、绿色、可持续发展概念的提倡，以各种生物质材料 为前驱体制备碳材料受到了研究者们的广泛关注。活性炭纤维分为酚醛基、沥青基、粘胶 基、聚丙烯腈基以及生物质基活性炭纤维等类型，前四种制备工艺较为成熟，但其制备过 程较为复杂、成本高。生物质基材料作为一种可再生资源，污染性小、价格低、来源广，目前有所研究的有稻壳、五米秸秆、松木、柚子皮、椰壳、竹子等，不同的生物质原料所 得碳材料之间存在性能差异，因此，对不同的生物质基活性炭纤维的开发与研究对储能材 料、吸附材料以及催化材料等领域有一定的积极意义。

芭蕉茎秆作为芭蕉果肉的一种农林剩产物，不仅对自然环境造成了较为严重的破坏， 更是对天然资源的一种浪费。因来源于芭蕉茎秆内部的芭蕉芯有着来源广泛、资源丰富、 价格低廉、良好的可再生性和循环稳定性等特点，因此对该生物质材料的开发和利用对合 理利用天然植物资源以及环境保护方面都有着积极的作用。

螺旋碳纤维是一种新型碳材料，具有稳定的三维螺旋形态和优异的物理和化学性能， 在许多领域都具有良好的应用前景。目前，国内外对螺旋型碳纤维的开发与应用有了明显 的进展，多采用化学气相沉积法(CVD)，该生产工艺对螺旋碳纤维的生长具有较高的产量、 良好的选择性和尺寸可控性，但采用此法制备工艺条件较为苛刻、气体原料利用率较低， 均匀性也有待提高等。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维及其活化方法，选择生物质材 料芭蕉芯作为原材料，经预处理、活化、碳化等工艺，使得本发明的芭蕉芯基螺旋型活性 炭纤维具备高比表面积、高导电性、高吸附性、良好的孔隙结构以及螺旋结构多样化等特 点。

本发明是通过如下措施实现的：一种芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维及其活化方法，如图1所示，包括材料预处理、芭蕉芯的活化和芭蕉芯的碳化三个步骤；

具体步骤如下：

材料预处理：将新鲜的芭蕉芯切成薄片，经去离子水浸泡一段时间后置于预处理溶液 中进行恒温加热，再用去离子水洗至中性，最后材料经冷冻干燥后保存；

芭蕉芯的活化：将材料预处理中冻干后芭蕉芯与活化剂按比例混合，并加入适量去离 子水，混匀，置于一定温度反应容器下静置一定时间后，再将试样置于恒温干燥箱烘干；

芭蕉芯的碳化：将活化后的芭蕉芯置于管式气氛炉中，在氮气保护下进行碳化，待冷 却后将产物经洗涤、烘干后制得芭蕉芯基螺旋型活性炭纤维。

所述材料预处理步骤中，所述预处理溶液为质量浓度5g/L-20g/L氢氧化钠溶液或硝酸 -乙醇混合溶液，加热温度为40℃-90℃，加热时间为2h-96h；所述硝酸-乙醇体积比为1/6-1/1。

所述步骤芭蕉芯的活化中，所述活化剂包括KOH、K₂CO₃、ZnCl₂、H₃PO₄，所述芭蕉芯与活化剂比例为1/5-1/1，所述活化温度为120℃-800℃，所述活化时间为1h-12h，所述恒温干燥温度为60℃-80℃。