[发明专利]一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维的制备方法及其应用

摘要

本发明涉及一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维的制备方法及其应用，该复合纳米纤维吸附膜是通过静电纺丝技术和水热法相结合制备的，首先通过静电纺丝技术及后煅烧方法制备柔性的碳纳米纤维膜，然后以柔性的碳纳米纤维膜作为前驱体模板，通过水热反应过程将柔性的碳纳米纤维膜转变为碳/二氧化锰复合纳米纤维膜。制备的复合纳米纤维膜其纤维长而连续、纤维膜具有良好的机械强度，可以避免应用过程中二氧化锰纳米粒子的团聚问题、并且使用过后较易分离回收，最大限度提高二氧化锰材料的操作性和实际应用性。本发明得到的具有中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜在对水中重金属离子吸附应用方面有非常好的应用前景。

主权项

1.一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：以柔性的电纺碳纳米纤维膜为前驱体模板，通过水热反应过程将柔性的碳纳米纤维膜转变为具有中空结构的碳/二氧化锰纳米纤维膜；具体步骤如下：(1)将选用的聚合物溶解在N,N‑二甲基甲酰胺DMF中搅拌或加热至完全溶解，配置质量分数为8～12wt％的聚合物溶液；(2)将上述配好的静电纺丝液放入纺丝设备的喷丝管中进行静电纺丝从而获得聚合物纳米纤维膜；(3)将步骤(2)得到的有机高分子纤维膜经预氧化和炭化过程，得到柔性碳纳米纤维膜；预氧化温度从室温开始以1～5℃/min的升温速率升到240～300℃，在最高温度处保持2h以达到预氧化的目的；炭化在马弗炉中进行，在氮气氛围中，以1～3℃/min的速率升到400～600℃，再以3～8℃/min的升温速率到达800～1200℃，在最高温度处煅烧2～6h，以获得机械性能良好的碳纳米纤维；(4)将0.02～0.1g步骤(3)得到的柔性碳纳米纤维膜置于50mL 1～5mmol KMnO₄溶液中至纤维膜完全浸泡后，将混合溶液至于密闭水热反应釜中，在70～160℃下水热反应4～8h，将得到的产物用水和乙醇反复洗涤，在真空烘箱中干燥，最后得到具有中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜。