專利名稱：一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米技術應用領域，具體涉及一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法。
背景技術：
隨著全球氣候變暖加劇，溫室效應所帶來的環(huán)境問題日漸為人們所關注。根據聯(lián)合國氣候大會通過的《京都議定書》中的規(guī)定，溫室氣體包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫等六種氣體，其中二氧化碳是最主要的溫室氣體。持續(xù)的溫室氣體排放，不僅會導致全球變暖，使冰川融化，海平面上升，還會造成氣候反常，海洋風暴增多，土地干旱和沙漠化面積增大等等，所以，必須加大(X)2等溫室氣體排放后的捕集力度。但是，現階段的二氧化碳吸收材料，如有機氨溶液、堿性氧化物、硅膠、沸石和活性炭等常見吸附材料普遍存在吸收效率低、材料利用率低、循環(huán)使用性能差等缺點。因此，具有高效吸收率、高利用率和高循環(huán)利用性的溫室氣體吸收材料的研究與開發(fā)具有深遠的科學意義和重要的應用價值。碳納米管是一種重要的新型碳材料，其大的長徑比和表面六邊形結構及中空管道等獨特結構，賦予其很大的比表面積，決定了其優(yōu)良的吸附能力。另外，碳納米管有力學性能高、物理化學性質穩(wěn)定、反應活性高等特點，在眾多吸附劑中具有優(yōu)越性，決定了其在氣體的捕集回收方面有很大優(yōu)勢。中空活性碳纖維是活性碳纖維的一種特殊形式，其內外表面各有一層很薄的微孔層，且Inm以下的極微孔含量豐富，加上壁中亦有豐富的微孔，其內外壁總比表面積比活性碳纖維大得多，因此容易吸附小分子物質。但是，目前為止，中空活性碳纖維在氣體吸附方面的研究報道還極少。因此，開發(fā)一種微米級中空活性碳纖維和納米級碳納米管相結合的微納復合結構的碳質吸附材料，必將突破現有吸附材料的缺陷，為氣體吸附領域的發(fā)展和研究開拓新思路。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法。 首先使用中空纖維膜絲作模板，在內外表面分別負載碳的前驅體。然后，利用高溫碳化過程將模板燒掉，得到以碳為主要成分的黑色碳纖維，經過進一步活化，制備得到中空結構的活性碳纖維。最后，利用碳質吸附材料的孔隙結構發(fā)達、比表面積大、物理化學性質穩(wěn)定和力學強度高等優(yōu)勢，采用化學氣相沉積法，在中空活性碳纖維上生長碳納米管，構筑成具有高比表面積和豐富微孔的微納復合結構的氣體吸附材料。具體制備步驟如下
(1)以中空纖維膜絲作模板，利用表面活性劑進行改性之后，浸漬在碳的前驅體溶液中，得到負載有碳的前驅體的中空纖維膜絲樣品；
(2)將步驟(1)所得樣品首先在惰性氣體中碳化，碳化溫度為65(T950°C，碳化時間為 10-120分鐘，然后利用活性氣體進行活化，活化溫度為60(T95(TC，活化時間為20-120分鐘，得到中空活性碳纖維；
(3)將步驟( 所得中空活性碳纖維浸漬在金屬溶液中，3 48小時后取出，干燥，得到內外表面均負載有金屬催化劑的中空活性碳纖維樣品；利用化學氣相沉積法，在管式爐內依次通過氫氣還原金屬和高溫通入碳源生長碳納米管，得到內外表面均生長有碳納米管的微納復合結構樣品；其中還原溫度為40(T70(TC，還原時間為3(Tl20min，碳納米管生長溫度為 50(T900°C，時間為 30 120min ；
(4)將步驟(3)得到的樣品利用稀酸清洗614小時，所用稀酸的摩爾濃度為 3^5mol · L—1，除掉殘留的金屬催化劑，得到具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料。本發(fā)明中，步驟(1)所述的中空纖維膜絲為聚丙烯中空纖維膜絲、聚氯乙烯中空纖維膜絲、聚苯乙烯中空纖維膜絲、聚乙烯醇中空纖維膜絲、聚砜中空纖維膜絲、聚醚砜中空纖維膜絲、聚苯醚砜中空纖維膜絲、聚偏氟乙烯中空纖維膜絲、聚四氟乙烯中空纖維膜絲、聚酰亞胺中空纖維膜絲、醋酸纖維素中空纖維膜絲、氟碳類中空纖維膜絲等其中的任一種。優(yōu)選的，所述的中空纖維膜絲為聚丙烯中空纖維膜絲。本發(fā)明中，步驟(1)所述的表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、芐基三甲基溴化銨、 芐基三甲基氯化銨、芐基三乙基溴化銨或芐基三乙基氯化銨等銨類陽離子表面活性劑及其衍生物；十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十四烷基磺酸鈉、十四烷基苯磺酸鈉、十四烷基硫酸鈉、十六烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十八烷基磺酸鈉、十八烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉等陰離子表面活性劑及其衍生物；或脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯等非離子表面活性劑及其衍生物等其中的任一種。優(yōu)選的，所述的表面活性劑為銨類陽離子表面活性劑，進一步優(yōu)選的，所述銨類陽離子表面活性劑為20 mmol · L—1的十六烷基三甲基溴化銨。本發(fā)明中，步驟(1)所述的碳的前驅體為蔗糖、葡萄糖，果糖、核糖、淀粉、油脂、蛋白質、纖維素等碳水化合物或聚丙烯腈、浙青、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚糠醇、聚環(huán)氧氯丙烷、 聚苯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、乙烯酯基樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等有機碳源中的任一種。優(yōu)選的，所述碳的前驅體為蔗糖或酚醛樹脂。本發(fā)明中，步驟(2)所述的惰性氣體為氮氣或氬氣中的任一種，碳化溫度為 65(T950°C?；钚詺怏w為二氧化碳、水蒸汽、空氣、氧氣或氨氣等氣體中的任一種，活化溫度為60(T950°C。優(yōu)選的，所述惰性氣體為高純氮，碳化時間為l(Tl20min，活化氣體為二氧化碳或水蒸汽，碳化時間為2(Tl20min ；進一步優(yōu)選的，所述碳化時間為3(T90min，所述活化時間為3(T60min。本發(fā)明中，步驟C3)所述的金屬催化劑為硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鐵、二茂鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁、五氧化二釩、氧化鋯、氯化鎳、氯化鈷、氯化鐵、氯化鎂、 氯化錳、硫酸鎳、硫酸鈷或硫酸鐵等其中的任一種或多種組合。優(yōu)選的，所述金屬催化劑為 0. 05 0. 2mol · L-1的過渡金屬硝酸鹽。本發(fā)明中，步驟(3)所述的碳源為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、正己烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯等碳氫化合物或甲醇、乙醇、丙酮、一氧化碳等其中的任一種。優(yōu)選的，所述碳源為無水乙醇蒸汽。
本發(fā)明中，步驟(3)所述的氣相生長碳納米管時，以惰性氣體作載氣和保護氣，氫氣作還原氣體，還原溫度為40(T700°C，時間為3(Tl20min，碳納米管生長溫度為 50(T900°C，時間為3(Tl20min。優(yōu)選的，惰性氣體為高純氮；氫氣為高純氫，還原溫度為400°C，時間為6(T90min ；氮氣與氫氣的流量比為5:廣3:1 ；碳源氣體的通入溫度為 70(T800°C，時間為 30 90min。本發(fā)明中，步驟(4)所述的稀酸為鹽酸、硝酸或硫酸等其中的任一種或其多種組合。優(yōu)選的，所用稀酸的摩爾濃度為3 5mol ·廠1。由上述公開的技術方案可見，本發(fā)明首先用中空纖維膜絲作模板，負載碳的前驅體，得到了中空活性碳纖維，而后在中空活性碳纖維內外表面負載上金屬催化劑，生長出碳納米管，碳納米管的根部深入中空活性碳纖維內部，兩者結合牢固，金屬催化劑位于生長得到的碳納米管的頂端，經稀酸清洗后，得到了性能穩(wěn)定、高質量的中空活性碳纖維-碳納米管復合碳材料。此材料不僅保留了活性碳纖維與碳納米管各自的微觀結構和物化特性，而且得到的整體材料具有更高的孔隙率和更大的比表面積。本發(fā)明制備的新型多孔碳質材料為氣體吸附領域的研究注入了新活力。


圖1為微納復合結構的多孔碳質吸附材料中碳納米管的掃描電鏡圖。圖2為微納復合結構的多孔碳質吸附材料中碳納米管的透射電鏡圖。
具體實施例方式下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。實施例1:
以蔗糖作碳的前驅體，二氧化碳作活性劑，鎳作催化劑的微納復合結構的制備 (1)將外徑約400 μ m,壁厚約40 μ m,微孔徑0. Γθ. 2nm的聚丙烯中空纖維膜絲(PPHF) 原料剪成約3 5cm的短纖維，經過無水乙醇浸泡對小時后，取出，80°C干燥12小時后， 得到純化的聚丙烯中空纖維膜絲。取純化后的聚丙烯中空纖維膜絲0.3g，浸漬在濃度為 20mmol · L—1的十六烷基三甲基溴化銨中廣3小時，得到表面改性的聚丙烯中空纖維膜絲。然后，將其0. 25g浸漬在含有5 10g蔗糖與HmL濃硫酸的混合水溶液中纊12 小時，取出，經過100°C熱處理1小時后，硫酸將蔗糖中水分子脫去，蔗糖分子轉化為炭而變黑，從而得到負載有蔗糖作碳前驅體的樣品PPHF-蔗糖。(2)將步驟(1)所得樣品放在石英舟內，置于臥式管式爐石英管的中間位置。首先在高純氮氣氛中碳化，碳化溫度為65(T950°C，時間為3(T90min ；然后通入二氧化碳氣體進行活化，活化溫度為60(T950°C，時間為3(T60min。在此期間，氮氣始終作保護氣，直至樣品冷卻至室溫，得到中空活性碳纖維HACF樣品1。分析結果表明，碳化-活化樣品的收率為219Γ70% ；BET結果表明，得到的HACF樣品的比表面積約500 2000 m2/g，微孔孔隙率為83 90%。(3)將步驟⑵所得樣品約0. 2^0. 4g浸漬在0. 05、. 2mol 的硝酸鎳溶液中， 常溫放置3飛小時后取出，80°C真空干燥12小時，得到內外表面均負載有鎳催化劑的中空活性碳纖維。
然后，將其置放于管式爐內，設定升溫速率為l(TMK/min。密封完好后，通入 60mL/min氮氣，當溫度升高至400 °C時，通入20mL/min的氫氣，恒溫60min，然后，在氮氣的保護下繼續(xù)升溫至反應溫度70(TC，緩慢通入無水乙醇蒸汽，反應3(T90min之后，停止通入碳源氣體，在氮氣保護下降溫至150°C以下，得到生長有碳納米管的微納復合結構。(4)清洗金屬催化劑鎳將步驟(3)得到的樣品置于濃度為3mol -Γ1的稀硝酸溶液中，80°C加熱反應6小時，冷卻后抽濾，使用大量二次去離子水沖洗，直至濾液顯中性。 得到的樣品于80°C真空干燥對小時，最終得到具有微納復合結構的多孔HACF/CNTs復合碳材料A。BET分析結果表明，得到樣品的比表面積為700 2500 m2/g。實施例2
以酚醛樹脂作碳的前驅體，二氧化碳作活性劑，鎳作催化劑的微納復合結構的制備 (1)將外徑約400 μ m,壁厚約40 μ m,微孔徑0. Γθ. 2nm的聚丙烯中空纖維膜絲(PPHF) 原料剪成約3 5cm的短纖維，經過無水乙醇浸泡對小時后，取出，80°C干燥12小時后， 得到純化的聚丙烯中空纖維膜絲。取純化后的聚丙烯中空纖維膜絲0.3g，浸漬在濃度為 20mmol · L—1的十六烷基三甲基溴化銨中廣3小時，得到表面改性的聚丙烯中空纖維膜絲。然后，將5 8g酚醛樹脂預先溶于15 20mL的無水乙醇中。將步驟(1)得到的改性聚丙烯中空纖維膜絲0. 25g浸漬在酚醛樹脂溶液中纊12小時，取出，經過200°C熱處理1小時后，浸入到PPHF內部和外表面的酚醛樹脂全部被固化，從而得到負載有酚醛作碳前驅體的樣品PPHF-酚醛。(2)將步驟(1)所得樣品放在石英舟內，置于臥式管式爐石英管的中間位置。首先在高純氮氣氛中碳化，碳化溫度為65(T950°C，時間為3(T90min ；然后通入二氧化碳氣體進行活化，活化溫度為60(T950°C，時間為3(T60min。在此期間，氮氣始終作保護氣，直至樣品冷卻至室溫，得到中空活性碳纖維HACF樣品2。分析結果表明，碳化-活化樣品的收率為179Γ65% ；BET結果表明，得到的HACF樣品的比表面積約580 2000 m2/g，微孔孔隙率為85 95%。(3)將步驟(2)所得樣品約0. 2 0. 4g浸漬在0. 05 0. 2mol .L-1的硝酸鎳溶液中， 常溫放置5 10小時后取出，80°C真空干燥12小時，得到內外表面均負載有鎳催化劑的中空活性碳纖維。然后，將其置放于管式爐內，設定升溫速率為l(TMK/min。密封完好后，通入 80mL/min氮氣，當溫度升高至400 °C時，通入20mL/min的氫氣，恒溫60min，然后，在氮氣的保護下繼續(xù)升溫至反應溫度70(TC，緩慢通入無水乙醇蒸汽，反應3(T90min之后，停止通入碳源氣體，在氮氣保護下降溫至150°C以下，得到生長有碳納米管的微納復合結構。(4)清洗金屬催化劑鎳將步驟( 得到的樣品常溫浸泡在濃度為5mol · Γ1的稀鹽酸溶液中M小時，抽濾，使用大量二次去離子水沖洗，直至濾液顯中性。得到的樣品于 80°C真空干燥M小時，最終得到具有微納復合結構的多孔HACF/CNTs復合碳材料B。BET分析結果表明，得到樣品的比表面積為650 2550 m2/g。實施例3
以蔗糖作碳的前驅體，水蒸汽作活性劑，鐵作催化劑的微納復合結構的制備
(1)將外徑約400 μ m,壁厚約40 μ m,微孔徑0. Γθ. 2nm的聚丙烯中空纖維膜絲(PPHF)原料剪成約3 5cm的短纖維，經過無水乙醇浸泡對小時后，取出，80°C干燥12小時后， 得到純化的聚丙烯中空纖維膜絲。取純化后的聚丙烯中空纖維膜絲0.3g，浸漬在濃度為 20mmol · L—1的十六烷基三甲基溴化銨中廣3小時，得到表面改性的聚丙烯中空纖維膜絲。然后，將其0. 25g浸漬在含有5 10g蔗糖與HmL濃硫酸的混合水溶液中纊12 小時，取出，經過100°C熱處理1小時后，硫酸將蔗糖中水分子脫去，蔗糖分子轉化為炭而變黑，從而得到負載有蔗糖作碳前驅體的樣品PPHF-蔗糖。(2)將步驟(1)所得樣品放在石英舟內，置于臥式管式爐石英管的中間位置。首先在高純氮氣氛中碳化，碳化溫度為65(T950°C，時間為3(T90min ；然后通入水蒸汽進行活化，活化溫度為70(T900°C，時間為3(T60min。在此期間，氮氣始終作保護氣，直至樣品冷卻至室溫，得到中空活性碳纖維HACF樣品3。分析結果表明，碳化-活化樣品的收率為25% 67% ；BET結果表明，得到的HACF樣品的比表面積約600 2100 m2/g，微孔孔隙率為80 擬％。(3)將步驟(2)所得樣品約0. 2 0. 4g浸漬在0. 05 0. 2mol .L-1的硝酸鐵溶液中， 常溫放置5 12小時后取出，80°C真空干燥12小時，得到內外表面均負載有鐵催化劑的中空活性碳纖維。然后，將其置放于管式爐內，設定升溫速率為l(TMK/min。密封完好后，通入 100mL/min氮氣，當溫度升高至400°C時，通入20mL/min的氫氣，恒溫60min，然后，在氮氣的保護下繼續(xù)升溫至反應溫度800°C，緩慢通入無水乙醇蒸汽，反應3(T90min之后，停止通入碳源氣體，在氮氣保護下降溫至150°C以下，得到生長有碳納米管的微納復合結構。(4)清洗金屬催化劑鐵將步驟(3)得到的樣品置于濃度為3mol · Γ1的稀硫酸溶液中，80°C加熱反應8小時，自然冷卻后抽濾，使用大量二次去離子水沖洗，直至濾液顯中性。得到的樣品于80°C真空干燥M小時，最終得到具有微納復合結構的多孔HACF/ CNTs復合碳材料C。BET分析結果表明，得到樣品的比表面積為6501600 m2/g。實施例4
以酚醛樹脂作碳的前驅體，水蒸汽作活性劑，鈷作催化劑的微納復合結構的制備 (1)將外徑約400 μ m,壁厚約40 μ m,微孔徑0. Γθ. 2nm的聚丙烯中空纖維膜絲(PPHF) 原料剪成約3 5cm的短纖維，經過無水乙醇浸泡對小時后，取出，80°C干燥12小時后， 得到純化的聚丙烯中空纖維膜絲。取純化后的聚丙烯中空纖維膜絲0.3g，浸漬在濃度為 20mmol · L—1的十六烷基三甲基溴化銨中廣3小時，得到表面改性的聚丙烯中空纖維膜絲。然后，將5 8g酚醛樹脂預先溶于15 20mL的無水乙醇中。將步驟(1)得到的改性聚丙烯中空纖維膜絲0. 25g浸漬在酚醛樹脂溶液中纊12小時，取出，經過200°C熱處理1小時后，浸入到PPHF內部和外表面的酚醛樹脂全部被固化，從而得到負載有酚醛作碳前驅體的樣品PPHF-酚醛。(2)將步驟(1)所得樣品放在石英舟內，置于臥式管式爐石英管的中間位置。首先在高純氮氣氛中碳化，碳化溫度為65(T950°C，時間為3(T90min ；然后通入水蒸汽進行活化，活化溫度為60(T950°C，時間為3(T60min。在此期間，氮氣始終作保護氣，直至樣品冷卻至室溫，得到中空活性碳纖維HACF樣品4。分析結果表明，碳化-活化樣品的收率為149Γ72% ；BET結果表明，得到的HACF樣品的比表面積約61(T2100 m2/g，微孔孔隙率為85 擬％。(3)將步驟( 所得樣品約0. 2^0. 4g浸漬在0. 05、. 2mol 的硝酸鈷溶液中， 常溫放置纊12小時后取出，80°C真空干燥12小時，得到內外表面均負載有鈷催化劑的中空活性碳纖維。然后，將其置放于管式爐內，設定升溫速率為l(TMK/min。密封完好后，通入 80mL/min氮氣，當溫度升高至400 °C時，通入20mL/min的氫氣，恒溫60min，然后，在氮氣的保護下繼續(xù)升溫至反應溫度750°C，緩慢通入無水乙醇蒸汽，反應3(T90min之后，停止通入碳源氣體，在氮氣保護下降溫至150°C以下，得到生長有碳納米管的微納復合結構。(4)清洗金屬催化劑鈷將步驟(3)得到的樣品置于濃度為5mol · Γ1的稀硝酸溶液中，80°C加熱反應6小時，自然冷卻后抽濾，使用大量二次去離子水沖洗，直至濾液顯中性。得到的樣品于80°C真空干燥M小時，最終得到具有微納復合結構的多孔HACF/CNTs 復合碳材料D。BET分析結果表明，得到樣品的比表面積為7501600 m2/g。上述對實施例的描述是為了便于該技術領域的普通技術人員理解和應用本發(fā)明。 熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，對本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
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權利要求
1.一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)以中空纖維膜絲作為模板，利用表面活性劑進行改性之后，浸漬在碳的前驅體溶液中，得到負載有碳的前驅體的中空纖維膜絲樣品；(2)將步驟(1)所得樣品首先在惰性氣體中碳化，碳化溫度為65(T950°C，碳化時間為 10-120分鐘，然后利用活性氣體進行活化，活化溫度為60(T95(TC，活化時間為20-120分鐘，得到中空活性碳纖維；(3)將步驟( 所得中空活性碳纖維浸漬在金屬溶液中，3 48小時后取出，干燥，得到內外表面均負載有金屬催化劑的中空活性碳纖維樣品；利用化學氣相沉積法，在管式爐內依次通過氫氣還原金屬和高溫通入碳源生長碳納米管，得到內外表面均生長有碳納米管的微納復合結構樣品；其中還原溫度為40(T70(TC，還原時間為3(Tl20min，碳納米管生長溫度為 50(T900°C，時間為 30 120min ；(4)將步驟(3)得到的樣品利用稀酸清洗614小時，所用稀酸的摩爾濃度為 3 5mol · L"1,除掉殘留的金屬催化劑，得到具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料。
2.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法， 其特征在于步驟(1)中所述的中空纖維膜絲為聚丙烯中空纖維膜絲、聚氯乙烯中空纖維膜絲、聚苯乙烯中空纖維膜絲、聚乙烯醇中空纖維膜絲、聚砜中空纖維膜絲、聚醚砜中空纖維膜絲、聚苯醚砜中空纖維膜絲、聚偏氟乙烯中空纖維膜絲、聚四氟乙烯中空纖維膜絲、聚酰亞胺中空纖維膜絲、醋酸纖維素中空纖維膜絲或氟碳類中空纖維膜絲中的任一種。
3.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法， 其特征在于步驟(1)中所述的表面活性劑為十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十四烷基三甲基溴化銨、十四烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、芐基三甲基溴化銨、芐基三甲基氯化銨、芐基三乙基溴化銨或芐基三乙基氯化銨銨類陽離子表面活性劑及其衍生物； 十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十四烷基磺酸鈉、十四烷基苯磺酸鈉、十四烷基硫酸鈉、十六烷基磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十八烷基磺酸鈉、十八烷基苯磺酸鈉、十八烷基硫酸鈉陰離子表面活性劑及其衍生物；或脂肪酸甘油酯、 脂肪酸山梨坦、聚山梨酯非離子表面活性劑及其衍生物等其中的任一種。
4.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的碳的前驅體為蔗糖、葡萄糖、果糖、核糖、淀粉、油脂、蛋白質、纖維素等碳水化合物或聚丙烯腈、浙青、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚糠醇、聚環(huán)氧氯丙烷、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、乙烯酯基樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂或不飽和聚酯樹脂有機碳源中的任一種。
5.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的惰性氣體為氮氣或氬氣中的任一種，活性氣體為二氧化碳、水蒸汽、空氣、氧氣或氨氣中的任一種。
6.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法， 其特征在于步驟(3)中所述的金屬催化劑為硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鐵、二茂鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋁、五氧化二釩、氧化鋯、氯化鎳、氯化鈷、氯化鐵、氯化鎂、氯化錳、 硫酸鎳、硫酸鈷或硫酸鐵中的任一種或多種組合。
7.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的碳源為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、正己烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯等碳氫化合物或甲醇、乙醇、丙酮或一氧化碳中的任一種。
8.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的碳源生長碳納米管時，以惰性氣體作載氣和保護氣，氫氣作還原氣體。
9.根據權利要求1所述的一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述的稀酸為鹽酸、硝酸或硫酸中的任一種或多種組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有微納復合結構的多孔碳質吸附材料的制備方法。具體步驟為將改性的中空纖維膜絲作為模板，利用各種碳源物質作為前驅體，得到具有中空結構的活性碳纖維HACF。然后，采用化學氣相沉積法(CVD)，在HACF表面高溫生長碳納米管，得到具有微納復合結構的中空活性碳纖維-碳納米管(HACF-CNTs)復合碳材料。本發(fā)明得到的HACF-CNTs復合碳材料具有很高的比表面積和豐富的微孔結構，且微米相中空活性碳纖維與普通活性碳纖維相比，內部具有中空結構，能夠容納和生長更多的碳納米管，打破了以往只能在傳統(tǒng)的碳纖維外表面上生長碳納米管的界限，必將在吸附材料領域發(fā)揮巨大的潛能。
文檔編號B01J20/20GK102553531SQ20121000926
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者孔玉霞, 邱軍 申請人:同濟大學