氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，包括：第一步：在室温下，首先将氨基化碳纳米管在溶剂中超声分散1～10h，然后将碳纳米纤维的前驱体聚合物添加到上述分散液中搅拌至完全溶解，得到质量分数为5～30％的电纺原料；第二步：将第一步得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中，进行静电纺丝，得到含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料；第三步：将第二步制备的含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料进行碳化处理，获得氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料。本发明专利技术所获得的碳纳米纤维吸附材料对二氧化碳具有较好的吸附容量、较高的选择性及循环稳定性，可满足不同排放场所的二氧化碳捕集需要。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料及其制备方法，属于二氧化碳吸附

技术介绍
化石燃料的大量使用致使大气中的二氧化碳浓度逐年增大，导致温室效应凸显、地球表面温度上升、冰川融化、海平面升高、极端天气事件频繁发生等一系列环境与生态问题，因此二氧化碳的捕集和存储具有极其重要的意义。吸附法由于具有吸附容量大、选择性高、能耗低及易分离等优点而受到广泛关注，成为二氧化碳捕集和存储领域的研究热点之一。多孔活性炭材料具有比表面积高、孔结构丰富、化学性质和热力学性质稳定等优点，是一种常用的二氧化碳吸附分离用固体吸附剂。但纯碳材料对二氧化碳的吸附作用主要是物理吸附，导致其二氧化碳吸附量和选择性都较差。采用胺类物质对碳材料进行改性可提高材料的二氧化碳吸附选择性，如国内专利CN105289530A公开的“一种基于有序介孔碳的二氧化碳吸附剂及制备方法”，该材料是通过浸渍法将聚乙烯亚胺负载到碳材料上来提高吸附选择性，但聚乙烯亚胺的负载大幅降低了碳材料的比表面积及孔隙率。此外，现有的颗粒状碳材料在使用过程中普遍存在易粉化的问题，限制了其可操作性和实际应用性能。碳纳米纤维材料以其连续性好、孔道结构丰富等结构优势，可有效克服颗粒材料因其结构不连续性和易粉化所带来的应用缺陷，在吸附分离领域表现出巨大的应用潜力，但是如何提高碳纳米纤维的二氧化碳吸附选择性和机械性能仍是一亟待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，以解决碳纳米纤维吸附选择性差以及碳材料在使用过程中普遍存在易粉化的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，包括：第一步：在室温下，首先将氨基化碳纳米管在溶剂中超声分散1～10h，然后将碳纳米纤维的前驱体聚合物添加到上述分散液中搅拌至完全溶解，得到质量分数为5～30％的电纺原料；第二步：将第一步得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中，进行静电纺丝，得到含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料；第三步：将第二步制备的含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料进行碳化处理，获得氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料。优选地，所述的静电纺丝条件为：静电压为10～40kV，注射泵流速为0.3～4mL/h，喷丝头距接收屏距离为6～20cm。优选地，所述第一步中的超声分散采用的超声频率为20～25kHz。优选地，所述的氨基化碳纳米管为氨基化多壁碳纳米管，外径8～15nm，内径2～4nm，长度0.5～55μm，比表面积＞233m2/g，氨基化碳纳米管在电纺原料中的质量分数为0.5～5％。优选地，所述的溶剂为溶解前驱体聚合物的溶剂。更优选地，所述的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、甲酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、N，N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、水、丙酮、二氯甲烷、甲酸、乙酸、二甲基亚砜、乙醚、三氯乙酸、三氟乙酸以及吡啶中的一种或两种以上的混合物。优选地，所述的前驱体聚合物为聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯并噁嗪、聚苯胺、聚吡咯、聚苯并咪唑、酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、纤维素、醋酸纤维素以及乙基纤维素中的一种或两种以上的混合物。优选地，所述的碳化处理包括：先在空气气氛下升温至150～300℃进行预氧化处理0.5～5h，之后在保护气体保护下升温至600～1600℃，进行碳化处理0.5～20h，随后降温。更优选地，所述的保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或多种的组合。本专利技术还提供了上述方法所制备的氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料。与现有技术相比本专利技术的优点如下：本专利技术工艺简单，通过在碳纳米纤维表界面掺杂氨基化碳纳米管，获得了可用于二氧化碳吸附的碳纳米纤维材料。碳纳米纤维具有的比表面积大、孔隙率高等优点赋予该吸附材料较高的吸附量和吸附速率。氨基化碳纳米管的加入可有效提升碳纳米纤维材料对二氧化碳的吸附选择性和材料本身的力学性能，因此可以克服颗粒材料因其结构不连续性和易粉化所带来的应用缺陷，可满足烟道气中二氧化碳捕集的需要。本专利技术所获得的碳纳米纤维吸附材料对二氧化碳具有较好的吸附容量、较高的选择性及循环稳定性，所制备的碳纳米纤维具有良好的柔性和机械强度，可操作性强，可满足不同排放场所的二氧化碳捕集需要。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围之内。以下各实施例中的氨基化碳纳米管为市售产品，外径8～15nm，内径2～4nm，长度0.5～55μm，比表面积＞233m2/g。本专利技术中的常温指25℃。实施例1～10中掺杂的氨基化碳纳米管纯度大于95％，胺基含量为0.45wt％，比表面积大于233m2/g；纺丝用聚合物选用聚丙烯腈(分子量为12W)、聚酰亚胺(分子量为2W～5W)、聚乙烯醇缩丁醛(分子量为17～25W)、聚苯胺(分子量为12W)、聚吡咯(分子量为17～25W)、聚苯并咪唑(分子量为17～25W)、酚醛树脂(分子量为13W)、聚乙烯吡咯烷酮(分子量为20～25W)、聚乙烯醇(分子量为11～13W)；溶剂选用N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、N，N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、去离子水，均由上海晶纯试剂有限公司生产；高压电源选用天津东文高压电源厂生产的DW-P303-1ACD8型。实施例1一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，具体步骤为：(1)在室温25℃下，首先将0.05g氨基化碳纳米管在9.45gN，N-二甲基甲酰胺中以超声频率为20kHz进行超声分散1h，然后将0.5g聚丙烯腈添加到上述分散液中搅拌至完全溶解，得到质量分数为5％的电纺原料，其中，氨基化碳纳米管的质量分数为0.5％；(2)将得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中，在静电压为10kV，注射泵流速为0.3mL/h，喷丝头距接收屏距离为6cm的条件下进行静电纺丝，得到含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料；(3)将含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料进行碳化处理，具体步骤为：先在空气气氛下升温至150℃进行预氧化处理0.5h，之后在氮气保护下升温至800℃，进行碳化处理2h，随后降至常温，获得氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料。实施例2一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，具体步骤为：(1)在室温25℃下，首先将0.05g氨基化碳纳米管在9.25gN，N-二甲基甲酰胺中以超声频率为20kHz进行超声分散2h，然后将0.7g聚酰亚胺添加到上述分散液中搅拌至完全溶解，得到质量分数为7％的电纺原料，其中，氨基化碳纳米管的质量分数为0.5％；(2)将得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中，在静电压为15kV，注射泵流速为0.5mL/h，喷丝头距接收屏距离为10cm的条件下进行静电纺丝，得到含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料；(3)将含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料进行碳化处理，具体步骤为：先在空气气氛下升温至180℃进行预氧化处理1.4h，之后在氦气保护下升温至850本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，包括：第一步：在室温下，首先将氨基化碳纳米管在溶剂中超声分散1～10h，然后将碳纳米纤维的前驱体聚合物添加到上述分散液中搅拌至完全溶解，得到质量分数为5～30％的电纺原料；第二步：将第一步得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中，进行静电纺丝，得到含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料；第三步：将第二步制备的含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料进行碳化处理，获得氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，包括：第一步：在室温下，首先将氨基化碳纳米管在溶剂中超声分散1～10h，然后将碳纳米纤维的前驱体聚合物添加到上述分散液中搅拌至完全溶解，得到质量分数为5～30％的电纺原料；第二步：将第一步得到的电纺原料加入到静电纺丝装置中，进行静电纺丝，得到含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料；第三步：将第二步制备的含氨基化碳纳米管的杂化纳米纤维材料进行碳化处理，获得氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料。2.如权利要求1所述的氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝条件为：静电压为10-40kV，注射泵流速为0.3～4mL/h，喷丝头距接收屏距离为6～20cm。3.如权利要求1所述的氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的氨基化碳纳米管为氨基化多壁碳纳米管，外径8～15nm，内径2～4nm，长度0.5～55μm，比表面积＞233m2/g，氨基化碳纳米管在电纺原料中的质量分数为0.5～5％。4.如权利要求1所述的氨基化碳纳米管掺杂的碳纳米纤维吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王先锋，张宇菲，丁彬，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31