本发明专利技术公开了一种碳复合材料，由占碳复合材料总重0.1~35%的碳纳米材料和占碳复合材料总重99.9~65%的高表面积无定形炭组成；所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纤维、石墨薄片、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或几种的混合物；所述的复合材料比表面积不低于800m2/g，孔容不低于0.3cm3/g，电导率不低于4S/cm，复合材料的孔隙大小为0.5~10纳米。本发明专利技术的碳复合材料，同时具有碳纳米材料和无定形炭材料的特点，实现了碳纳米材料和无定形炭材料在功能上的有机结合，同时具有高表面积和高导电性，可以作为超级电容、锂离子电容器、燃料电池、和铅碳电池电极的优良电极和导电材料，提供优越的容量和倍率性能。也可以作为水处理设备中的电极材料，对水中的杂质进行净化。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种碳复合材料，由占碳复合材料总重0.1~35%的碳纳米材料和占碳复合材料总重99.9~65%的高表面积无定形炭组成；所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纤维、石墨薄片、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或几种的混合物；所述的复合材料比表面积不低于800m2/g，孔容不低于0.3cm3/g，电导率不低于4S/cm，复合材料的孔隙大小为0.5~10纳米。本专利技术的碳复合材料，同时具有碳纳米材料和无定形炭材料的特点，实现了碳纳米材料和无定形炭材料在功能上的有机结合，同时具有高表面积和高导电性，可以作为超级电容、锂离子电容器、燃料电池、和铅碳电池电极的优良电极和导电材料，提供优越的容量和倍率性能。也可以作为水处理设备中的电极材料，对水中的杂质进行净化。【专利说明】一种碳复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于材料领域，具体涉及一种碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
具有高比表面积的活性炭材料在环保、制药、电子、催化、储能方面具有广泛的应用。闻比表面积炭材料一般由石墨化的微晶和非石墨化的非晶碳质构成。非晶碳质和石墨化微晶相互连接构成活性炭的空隙结构。目前的活性炭材料的制备主要通过对含碳元素前驱体碳化后和活化试剂反应获得高比表面积。所形成的多孔结构会导致无定形炭结构上的缺陷，导致导电性能和力学性能的下降。
技术实现思路
专利技术目的:针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种碳复合材料，通过结合碳纳米材料和无定型炭材料的性能，形成同时具有高比表面积和高导电性的碳材料。本专利技术的另一目的是提供一种制备碳复合材料的方法。本专利技术还有一目的是提供上述碳复合材料的应用。 技术方案:为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下:一种碳复合材料， 由占碳复合材料总重0.1~35%的碳纳米材料和占碳复合材料总重99.9^65%的高表面积无定形炭组成；所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纤维、石墨薄片、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或几种的混合物；所述的复合材料比表面积不低于800m2/g，孔容不低于0.3cm3/g,电导率不低于4S/cm，复合材料的孔隙大小为0.5^10纳米。 在所述的碳纳米材料中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；多壁碳纳米管的管壁层数为2-100层；单根纳米管的长度不低于500纳米。 在所述的碳纳米材料中，石墨烯或石墨薄片的面积为1~400平方微米，石墨烯的层数为1~10层。 所述碳纤维的直径为40-500纳米，长度不小于I微米。 一种制备所述的碳复合材料的方法，包括以下步骤:1)将无定形炭前体材料分散到水中，加入碳纳米材料，混合均匀，控温9(T300°C，反应0.5^48小时；冷却到室温，收集产物；2)将产物和活化试剂混合均匀，转移至高温炉中，在惰性气体保护下，在60(T900°C下处理0.5^48小时；冷却到室温，将产物用去离子水冲洗，烘干；所述活化试剂包括磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氯化锌和氯化钙；所述惰性气体包括氩气、氮气和氦气；活化剂和产物的重量比为10:1~1:10 ； 或，将产物转移至高温炉中，通入混合气体，在60(T900°C处理0.5-48小时后冷却到室温；所述的混合气体选自氮气、IS气、氦气、占总体积0.01^99.99%的水蒸气、占总体积0.01~99.99%的二氧化碳中的一种或几种。 所述无定形炭前体选自聚乙烯、聚丙乙烯、聚碳酸酯、苯酚、甲醛、葡萄糖、蔗糖、果糖、纤维素、木质素、酚醛树脂和聚乙烯醇。 所述的碳复合材料在水处理当中的应用。 有益效果:与现有技术相比，本专利技术的碳复合材料及其制备方法和应用，原料易得，成本低廉，制备条件温和，并便于工业化放大生产。材料同时具有碳纳米材料和无定形炭材料的特点，实现了碳纳米材料和无定形炭材料在功能上的有机结合，同时具有高表面积和高导电性，克服了目前碳材料在应用中难以同时具备高比表面积和高导电性的缺陷，可以作为超级电容、锂离子电容器、燃料电池、和铅碳电池电极的优良电极和导电材料，提供优越的容量和倍率性能。复合材料也可以作为水处理设备中的电极材料，利用其高比表面积和高导电性对水中的杂质进行净化。具有很好的实用性，能产生较好的经济效益和社会效应。 【专利附图】【附图说明】 图1是碳复合材料的制备过程图；图2是碳复合材料的结构示意图；图3是碳复合材料的扫描电镜显微图；图4是碳复合材料和常规材料超级电容电极的比较结果图。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的说明。 实施例1碳复合材料的制备，如图1所示，称取4克聚乙烯粉末，分散到30毫升水中。加入0.34克碳纳米管，搅拌均匀；将混合物在120°C下，加热2小时，冷却到室温，收集产物。将产物和氢氧化钠按重量比1: 2混合均匀，转移至高温炉中，在惰性气体(氩气、氮气和氦气任意t匕)保护下，加热至600°C，反应2小时；冷却到室温，将产物用去离子水冲洗，烘干12小时，备用。 复合材料的容量和倍率性能由循环伏安法测试得到:取重量比为90:5:5的碳复合材料、导电炭黑和LA132，搅拌均匀，在铝箔极片表面进行涂布。极片干燥后锟压后，厚度控制在50-200微米。将极片切割为直径为I厘米的圆形电极，在手套箱内将圆形电极正极，隔膜，圆形电极负极按次序叠放注入电解液后组装成为扣式电容器进行测试。 容量和倍率性能在电化学工作站上通过循环伏安方法进行测试。其中正负极电压范围为O - 2.7V，电压变化速率分别为5和200mV/s。 复合材料的比表面积由氮气在表面上的吸附在比表面测试仪上测试得到(Autosorb iQ,美国康塔公司)。复合材料的形貌扫描电镜表征得到。 碳复合材料的结构如图2所示，碳复合材料的扫描电镜显微图，如图3所示，测试结果显示复合材料比表面积高于2200m2/g，孔容高于0.5cm3/g,导电率高于20S/cm，产物的比容量在 5、10、20、50、100、和 200mV/s 下高于 150、130、120、100、80、和 70F/g。 实施例2称取4克酚醛树脂粉末，分散到30毫升水中。加入0.34克碳纤维后搅拌均匀。将混合物在150°C下加热2小时后，冷却到室温后收集产物。将产物和KOH按重量比1:3混合均匀后转移至高温炉中，在惰性气体(氩气、氮气和氦气任意比)保护下加热至750°C后反应I小时。冷却到室温后将产物用去离子水冲洗后下烘干12小时后备用。复合材料比表面积为2200m2/g，孔容高于0.5cm3/g，导电率高于30S/cm，产物的比容量在5、10、20、50、和10mV/s 下高于 130、110、90、80、和 70F/g。 实施例3称取10.625克蔗糖粉末，分散到30毫升水中。加入0.34克碳纳米管和石墨烯混合物(重量比1:1)后搅拌均匀。将混合物在220°C下加热2小时后，冷却到室温后收集产物。将产物和磷酸(重量比1:3)重量比混合均匀后转移至高温炉中，在惰性气体(氩气、氮气和氦气任意比)保护下加热至80(TC后反应I小时。冷却到室温后将产物用去离子水冲洗后下烘干12小时后备用。 经检测，复合材料比表面积为2000m2/g，孔容高于0.5cm3/g，导电率高于30S/c本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳复合材料，其特征在于：由占碳复合材料总重0.1~35%的碳纳米材料和占碳复合材料总重99.9~65%的高表面积无定形炭组成；所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纤维、石墨薄片、氧化石墨烯和石墨烯中的一种或几种的混合物；所述的复合材料比表面积不低于800m2/g，孔容不低于0.3cm3/g，电导率不低于4S/cm，复合材料的孔隙大小为0.5~10纳米。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅强，刘杰，王安苗，
申请(专利权)人：江苏捷峰高科能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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