一种碳纳米结构的复合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米结构的复合物，所述复合物含有碳元素和第一非碳非氧元素物质，所述第一非碳非氧元素物质为第一非碳非氧元素的单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合；所述复合物在拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为1～20；所述复合物中的第一非碳非氧元素为P、Si、Ca、Al、Na；所述复合物中，所述第一非碳非氧元素所占的质量百分比为0.5～4wt％；所述复合物的远红外检测法向发射率大于0.85。本发明专利技术公开的复合物获得了较现有技术效果明显的远红外性能和抗菌抑菌性能；本发明专利技术公开的复合物的制备方法操作简单，通过对程序升温步进温度和保温温度的控制保留了一些非碳非氧元素，从而获得了更为优异的远红外效果和抗菌抑菌效果。

Carbon nano structure composite and preparation method thereof

The invention relates to a compound carbon nano structure, the composite containing carbon and non carbon non oxygen first material, the first non carbon material for non oxygen compounds, the first non arbitrary elemental carbon non oxygen in 1 or at least 2 kinds of combination of the compound; in the Raman spectra of carbon element G peak and D peak height ratios ranged from 1 to 20; the compound in the first non carbon non oxygen elements of P, Si, Ca, Al, Na; the composite, the first non carbon non oxygen mass percentage accounted for 0.5 ~ 4wt%; far infrared detection method of the complex to the firing rate of more than 0.85. The invention discloses a compound obtained obvious effect compared with the existing technology of far infrared properties and antibacterial property; the invention discloses a composite preparation method has the advantages of simple operation, through the control of the temperature programmed step temperature and the temperature of the retention of some non carbon non oxygen elements, and thus gain more antibacterial and the effect of far infrared effect is excellent.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及一种碳纳米结构的复合物及其制备方法。
技术介绍
纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子(非碳原子)组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球及石墨烯。碳纳米材料的应用通常以复合材料的形式进行应用，即和其他材料复合在一起进行应用。碳纳米材料的复合方式主要有两种方式。一种是将碳纳米材料需要复合的基材或者单体充分混合，进过反应、浇筑、纺丝等方式进行造型，总结起来，是先复合再构型的方式，例如，专利技术专利CN1618850公开了一种将CNT与聚合物单体、引发剂、助剂混合，充分分散，聚合，然后纺丝获得碳纳米管复合材料纤维，可应用于电磁屏蔽等领域。CN102276795A公开了一种碳纳米管+石英纤维增强环氧树脂的复合材料。CN102264809A公开了一种将碳纳米管与热塑性聚合物采用双螺杆挤出机混合，加入增塑剂获得碳纳米管增强聚合物复合材料。另一种方式是先制备基体材料的形状，然后再进行复合，基体材料的形状在复合过程中不发生太大变化，这种制备复合材料的方式在工业分工极度细化的今天，更具备优势，因为之前的基材生产厂家不需要改变生产方法。此种方式的例子，如，CN102741165A公开了一种将石墨烯和粘合剂混合涂覆在塑料制品表面而获得石墨烯复合材料的方法。此种方式需要引入额外的粘合剂物质，影响复合材料的最终性能，并且通过粘合剂粘合还存在脱落的问题。CN102463715A公开了一种在基体表面设置一碳纳米管结构，通过微波加热实现熔化复合。此方式需要先制备碳纳米管结构，此结构为碳纳米管自支撑结构，采用此方式进行复合，必须先制备自支撑的碳纳米管结构，同时要有一个较为平整的面进行复合，只适用于体材料的表面复合，对于纤维状材料，粉末状，颗粒状材料则难以形成有效复合。碳纳米材料具有良好的光热效应，它能迅速吸收可见光和红外光将其转化成内能。不难看出，以上公开的文献中提到的碳纳米材料均为碳的同素异形体组成的，并不含有其他非碳非氧元素的单质及其化合物，并且制备的碳纳米材料，也是碳纳米复合材料也是由纯净的碳纳米材料和其他材料复合得到。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的材料。石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；石墨烯常温下的电子迁移率超过15000cm2/V·s，超过纳米碳管或硅晶体；石墨烯的电阻率只有10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。由于石墨烯具有透明性好，电阻率小，电子迁移速度快等优点，可用来制造透明触控屏幕、光板、以及太阳能电池。目前，石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、热解外延生长法等，其中，化学气相沉积法制备石墨烯简单易行，可以得到大面积高质量的石墨烯。CN103466613A公开了一种以木质素为原料制备石墨烯的方法，包括以下制备步骤：①将催化剂和木质素按1:8～1:3的比例装入瓷质样品舟中，并将此瓷质样品舟放入铰链管式炉中，匀速通入惰性保护气体，其通入惰性保护气体的速率为500ml/min～2000ml/min，通气时间为5min～30min，且在此步骤中，采用的所述木质素为碱木质素、木质素磺酸盐、磨木木质素、溶剂型木质素中的任意一种；②在铰链管式炉内以5℃/min～30℃/min的固定升温速率将样品从室温加热至500℃～1500℃，并在此温度下保持30min～120min；③待样品温度降至室温附近时，将样品取出，经去离子水洗涤、真空抽滤、低温烘干后，即得石墨烯。CN104016341A公开了一种多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：在催化剂的作用下，将生物质碳源进行催化处理，得到第一中间产物，所述催化剂包括锰的氯化盐、铁类化合物、钴类化合物和镍类化合物中的一种或几种；在保护性气体的条件下，将所述第一中间产物从第一温度升温至第二温度后保温，得到第二中间产物；将所述第二中间产物从第二温度升温至第三温度后保温，得到第三中间产物；将所述第三中间产物从第三温度升温至第四温度后保温，得到第四中间产物；将所述第四中间产物从第四温度降温至第五温度后保温，得到多孔石墨烯。CN104118874A公开了一种活性炭/石墨烯复合物及其制备方法。原料按质量分数计将45～90％生物质、5～50％碳氮化合物和5～10％含过渡金属化合物混合均匀；混合的原料在300～500℃加热2～5h，得到灰色、结构蓬松的块状材料；将块状材料在600～900℃保护气体氛围中加热5～60min，得到活性炭/石墨烯复合物。CN104118873A公开了一种活性多孔石墨烯的制备方法，包括以下步骤：(1)用双氧水对纤维素进行漂白处理，得到第一中间产物；(2)用活化剂对第一中间产物进行活化，得到第二中间产物；(3)在保护性气体的条件下，将所述第二中间产物在600～1100℃进行炭化处理，得到活性多孔石墨烯。CN104445177A公开了一种石墨烯的制备方法，包括以下步骤：A)将金属催化剂与碳源混合，进行吸附，得到吸附有金属催化剂的碳源，所述碳源包括离子交换树脂、碳材料、生物质材料和凝胶类材料中的一种或几种；B)将还原剂与所述步骤A)中的吸附有金属催化剂的碳源进行加热，得到石墨烯。CN104692368A公开了一种以纤维素为原料制备石墨烯的方法，该方法包括以下步骤：1)将纤维素进行预处理；2)将预处理后的纤维素均匀的分散于水中，获得备用的纤维素分散液；3)将备用的纤维素分散液置于密闭的水热釜中，然后放入到烘箱中以0.1～30℃/min的升温速率升至100～300℃反应0.1～30h，将反应所得的产物抽滤、冻干；4)将抽滤、冻干后的产物置于真空管式炉内进行热处理。CN104724699A一种利用纤维素为原料制备生物质石墨烯的方法。其具体制备方法为：步骤一：催化剂溶液的配制；步骤二：纤维素与催化剂离子配位、高温脱氧，得到前驱体；步骤三：热处理；步骤四：酸处理、干燥；即得到石墨烯。CN104795565A公开了一种富含杂原子的多孔石墨烯粉体，其是由掺杂有杂原子的石墨烯聚集而成，所述杂原子包括氮、硼、氧和磷中的至少一种，其中，碳的化学键类型包括：石墨化sp2C、sp3杂化C、氧桥联C、杂环C，所述sp3杂化C包括C-N或C-O，所述杂环C包括C＝N或C＝O。本专利技术是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米结构的复合物，其特征在于，所述复合物含有碳元素和第一非碳非氧元素物质，所述第一非碳非氧元素物质为第一非碳非氧元素的单质、化合物中的任意1种或至少2种的组合；所述复合物在拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为1～20；所述复合物中的第一非碳非氧元素为P、Si、Ca、Al和Na；所述复合物中，所述第一非碳非氧元素所占的质量百分比为0.5～4wt％；所述复合物的远红外检测法向发射率大于0.85。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米结构的复合物，其特征在于，所述复合物含有碳元素和第一
非碳非氧元素物质，所述第一非碳非氧元素物质为第一非碳非氧元素的单质、
化合物中的任意1种或至少2种的组合；
所述复合物在拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为1～20；
所述复合物中的第一非碳非氧元素为P、Si、Ca、Al和Na；
所述复合物中，所述第一非碳非氧元素所占的质量百分比为0.5～4wt％；
所述复合物的远红外检测法向发射率大于0.85。
2.如权利要求1所述的碳纳米结构的复合物，其特征在于，所述复合物在
拉曼光谱下碳元素G峰与D峰峰高比值为2～20，优选3～20，进一步优选5～20，
特别优选7～20，最优选10～20；
优选地，所述碳纳米结构的复合物中，所述碳元素的含量≥80wt％，优选
85～97wt％，进一步优选90～95wt％；
所述第一非碳非氧元素所占的质量百分比优选1～3wt％，进一步优选
1.3～2.5wt％；
优选地，所述碳纳米结构的复合物远红外检测法向发射率大于0.88。
3.如权利要求1或2所述的碳纳米结构的复合物，其特征在于，所述碳纳
米结构的复合物中还含有第二非碳非氧元素，所述第二非碳非氧元素以单质、
化合物中的任意1种或至少2种的组合的形式存在；所述第二非碳非氧元素选
自Fe、Ni、Mn、K、Mg、Cr、S或Co中的任意1种或至少2种的组合。
4.如权利要求1～3之一所述的碳纳米结构的复合物，其特征在于，所述复
合物在拉曼光谱下还存在2D峰；
优选地，所述复合物具有厚度在100nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，
优选具有厚度在20nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，进一步优选具有层

\t数为1～10层碳的六元环蜂窝状片层结构中的任意1种或至少2种的组合，优选
单层、双层或3～10层结构的中的任意1种或至少2种的组合；
优选地，所述复合物中碳的六元环蜂窝状片层结构微观上呈现翘曲、卷曲、
折叠构象中的任意1种或至少2种的组合。
5.如权利要求1所述的碳纳米结构的复合物，其特征在于，所述碳纳米结
构的复合物中，第一非碳非氧元素以单质、氧化物或碳化物中的任意1种或至
少2种的组合的形式吸附在碳纳米结构的表面或内部；
优选地，所述碳纳米结构的复合物中，第一非碳非氧元素通过碳源引入；
所述碳源优选生物质碳源，生物质资源选自植物和/或农林废弃物中的任意1种
或至少2种的组合；优选针叶木、阔叶木、林叶木、农林废弃物中的任意1种
或至少2种的组合；
优选地，所述农林废弃物选自玉米杆、玉米芯、高粱杆、甜菜渣、甘蔗渣、
糠醛渣、木糖渣、木屑、棉秆、果壳、和芦苇中的任意1种或至少2种的组合，
优选玉米芯。
6.一种如权利要求1～5之一所述的碳纳米结构的复合物的制备方法，其特
征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)混合生物质碳源和催化剂，搅拌进行催化处理后，干燥得到前驱体；
(2)保护性气氛中，将前驱体在280～350℃保温1.5～2.5h，之后程序升温
至950～1200℃，保温3～4h得到粗品；所述程序升温的升温速率为15～20℃/...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：营口圣泉高科材料有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21