[01785315]一种空心纳米碳球组装介孔碳纤维材料的制备方法

1.课题来源与背景技术： 多孔材料是新型功能材料可用做催化剂载体、吸附剂等。活性炭由于其具有比较大的比表面积和较强的吸附能力,是重要的吸附材料之一。然而,活性炭材料中微孔（孔径＜2nm）占据很大的比例,相对大一些的分子或化合物不能进入去孔道中,从而大大降低了活性炭的吸附能力。 介孔碳是一类新型的介孔材料,被认为是继介孔氧化硅之后的第二代介孔材料。大的比表面积可以有效地实现客体材料负载,高分散度、较大的介孔有利于客体材料的组装和作为微孔反应器,同时有利于反应物和产物在孔道内的扩散速率。介孔材料表面存在大量的可供修饰的C-O化学键,它们可以对介孔碳的孔道表面进行修饰, 另外,介孔碳的孔道为客体材料提供有利的生长空间,为纳米材料的生长提供可能。 此外,介孔碳材料具有高的机械稳定性和化学稳定性、良好的导电性等特点,使其在吸附、分离、生物制药、催化和电化学等领域有着广阔的应用前景。目前一般采用模板炭化法制备介孔碳,分为硬模板法和软模板法两种。介孔氧化硅常被选作硬模板,碳源填充在其孔道内,经碳化和去除硅模板后得到有序介孔碳,利用两亲性嵌段共聚物和酚醛树脂的自组装,用软模板法直接碳化合成介孔碳。 介孔碳材料制备过程中一酚醛树脂、聚丙烯等聚合物为碳源,添加软硬模板致孔无疑增加了制备工艺的程序以及处理成本;再则,相比于传统的介孔氧化硅材料,这类新型碳材料的介观结构与形貌还不够丰富,合成方法上缺乏创新和突破,而且对材料的研究还非常有限,制约了介孔碳材料的实际应用。 2.技术原理与性能指标 本发明的目的旨在提供一个以小分子有机多元羧酸为单体碳源、以自生无机纳米颗粒为模板制备空心纳米微球组装介孔碳材料材料的方法,以克服传统碳材料制备过程需另外添加软/硬模板导致生产成本增加且以酚醛树脂等有机聚合物为碳源制备的介孔碳材料结构形貌较为单一的缺陷。具体来讲,是以氨三乙酸与水溶性镍（亚铁）盐形成的配合物纤维为前体,利用焙烧后的铁（镍）氧化物造孔作用,制备出空心纳米碳球组装的纤维材料。制备的碳纤维直径约为80-20nm,比表面高达133-244m2/g. 3.技术的创造型与先进性 与现有技术相比,本发明具有的有益效果是: 一、本发明的制备方法具有工艺简单,溶剂可回收再循环利用,制备成本低廉且方法环境友好等优点。 二、本发明所制备的碳纤维材料富含羧基基团,克服了单纯碳基材料比重轻、与水溶剂相溶性差的缺点,良好的水体分散性,可实现与客体物种的充分接触。 三、本发明所制备的碳材料有纳米空心球组装而成,结构新颖,在吸附、催化剂载体等领域具有良好的应用前景。 4.技术的成熟程度、适用范围和安全性 本技术经过多年的探索研究,分别经过了小试探索研究,又进行了实验室的适当放大研究,课题组结合存在的问题,又分别作了局部改进,技术已经成熟,适合工业化大生产。 该专利技术合成的纳米碳纤维具有许多优异的物理和化学特性,适用于冶金、化工、机械、汽车、医疗、环保、建筑日常生活等领域。特别是在环境净化、能源等化工领域具有广泛应用前景。 本技术采用的水热合成法,溶剂为普通水,且可循环利用,因此具有经济适用,环境友好等特点。生产过程各操作步骤简洁,安全性高。且相较于传统合成方法,生产成本低廉,可实现规模批量生产,具有潜在经济效益和市场应用前景。 5.应用情况和存在的问题 该专利技术尚未在工业生产中应用。存在的问题是当前该技术上缺乏资金支持,相关工业实施工作尚不具备开展条件,因此未有在工业生产和具体实践中获得实际应用。我们将在尽力通过多种途径争取获得资金上的支持,使得该技术早日应用于工业生产实践,取得良好经济和社会效益。 6.历年获奖情况 暂未参与评奖评优 7.成果简介公开情况 成果简介已向社会公开,内容可通过国家知识产权局网站专利检索功能检索到本专利。