一种类石墨微晶碳纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种类石墨微晶碳纳米材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的类石墨微晶碳纳米材料是以类石墨微晶为结构单元的碳纳米材料，以100份质量计，在化学组成上包括50～60份的碳，30～50份的氧和1～3份的氢；所述类石墨微晶碳纳米材料的结构单元为类石墨微晶；所述类石墨微晶碳纳米材料的尺寸为5～10nm；所述类石墨微晶碳纳米材料为非荧光性碳纳米材料。本发明专利技术还提供了类石墨微晶碳纳米材料的制备方法，采用氧化剂溶液对类石墨微晶质炭进行选择性地氧化，刻蚀掉连接于类石墨微晶之间的无定形炭，实现解离类石墨微晶质炭的目的，得到类石墨微晶碳纳米材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种类石墨微晶碳纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及碳纳米材料
，尤其涉及一种类石墨微晶碳纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
碳纳米材料是指至少有一维小于100nm的碳材料。碳纳米材料主要包括四种类型：石墨烯，碳纳米管，碳纳米纤维，碳纳米球。碳纳米材料独特的结构特征，使其具有不同寻常的物理、化学和机械性能等，被认为在一维传导器、超强复合材料、超硬材料、储氢材料、催化剂、催化剂载体、高效吸附剂以及吸波材料等领域中具有广阔的应用前景，受到研究者的高度重视。木炭、竹炭、果壳炭以及由它们活化制备的活性炭、炭黑等传统炭材料，都是类石墨微晶质炭，即构成它们的基本结构单元是类石墨微晶，其结构见图1左图所示。类石墨微晶是指与石墨结构类似的微晶，是由几层六角形碳网平面以近似平行的方式堆积而成。类石墨微晶的尺寸在几个纳米到几十个纳米之间，木炭和活性炭中类石墨微晶的尺寸通常在几个纳米水平。对于类石墨微晶质炭，可以采用机械研磨的方法将其减少至几百纳米或几十纳米尺寸，其能耗非常高，且研磨过程中无法控制其颗粒尺寸与形貌。或者使用浓硝酸等氧化剂，在一定温度下采用长时间刻蚀活性炭和炭黑表面的方法制备几个纳米大小的能产生荧光的碳量子点。但这些方法都无法实现解离类石墨微晶质炭，制备出以类石墨微晶作为结构基础的碳纳米材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种类石墨微晶碳纳米材料及其制备方法和应用。本专利技术得到了以类石墨微晶为结构基础的碳纳米材料。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了以下技术方案：本专利技术提供了一种类石墨微晶碳纳米材料，以100份质量计，在化学组成上包括50～60份的碳，30～45份的氧和1～3份的氢；所述类石墨微晶碳纳米材料的结构单元为类石墨微晶；所述类石墨微晶碳纳米材料的粒径为5～10nm；所述类石墨微晶碳纳米材料为非荧光性碳纳米材料。优选的，所述类石墨微晶碳纳米材料的厚度≤1.5nm。优选的，所述类石墨微晶碳纳米材料为极性碳纳米材料。优选的，所述类石墨微晶碳纳米材料在酸性水溶液、碱性水溶液和中性水溶液中进行分散。优选的，所述类石墨微晶碳纳米材料含有羧基、羰基、羟基和醚基。本专利技术还提供了上述技术方案所述类石墨微晶碳纳米材料的制备方法，包含如下步骤：(1)将类石墨微晶质炭原料与氧化剂溶液混合，在微波加热条件下，进行氧化反应，得到氧化料液；所述氧化剂溶液包括第一酸和第二酸的混合溶液；所述第一酸为硝酸，所述第二酸为高氯酸或硫酸；(2)调节所述步骤(1)得到的氧化料液的pH值至3～8；得到预过滤体系；(3)将所述步骤(2)得到的预过滤体系进行超滤，得到悬浮液和滤出液；(4)将所述步骤(3)得到的悬浮液进行分离，得到细密悬浮液；(5)对所述步骤(4)得到的细密悬浮液进行水分的去除，得到类石墨微晶碳纳米材料。优选的，所述类石墨微晶质炭的质量和氧化剂溶液的体积比为1g：(20～50)mL；所述氧化剂溶液中第一酸和第二酸的摩尔比为(0.5～2)：1；所述氧化剂溶液由第一酸溶液和第二酸溶液混合得到，所述第一酸溶液的质量浓度为65～68％，所述第二酸溶液的质量浓度为70～72％；所述第一酸溶液和第二酸溶液的体积比为1：(0.5～2.5)。优选的，所述步骤(1)中微波加热的功率为500～1000W。优选的，所述步骤(1)中微波加热的温度为75～110℃；所述微波加热时间为10～150min。优选的，所述步骤(1)中类石墨微晶质炭原料包括木炭、竹炭、果壳炭、木质活性炭、果壳活性炭、竹活性炭和煤质活性炭中的一种或多种。优选的，所述步骤(3)中超滤的次数以超滤得到的滤出液的电导率为准，当所述超滤得到的滤出液的电导率达到20us/cm以下时，超滤完成。优选的，所述步骤(3)中超滤用超滤膜的截留分子量为1000Da。优选的，所述步骤(3)的超滤后还得到滤出液；还包括对所述滤出液依次进行浓缩、透析和干燥，得到荧光性碳纳米颗粒；所述荧光性碳纳米颗粒的粒径为1～3nm。优选的，所述步骤(4)中分离为离心分离；所述离心分离的次数至少为3次，每次离心分离的时间为10min；每次离心分离的转速独立地在4000～8000rpm。优选的，所述步骤(4)的离心分离后还得到微米级炭颗粒。优选的，所述步骤(5)中的水分的去除为依次进行浓缩和干燥。本专利技术提供了上述技术方案所述类石墨微晶碳纳米材料或上述技术方案所述制备方法制备的类石墨微晶碳纳米材料作为金属离子吸附剂的应用。本专利技术还提供了上述技术方案所述类石墨微晶碳纳米材料或上述技术方案所述制备方法制备的类石墨微晶碳纳米材料在制备碳纳米薄膜中的应用。本专利技术提供了一种类石墨微晶碳纳米材料，以100质量份计，在化学组成上包括50～60份的碳，30～45份的氧和1～3份的氢；所述类石墨微晶碳纳米材料是以类石墨微晶作为结构基础；所述类石墨微晶碳纳米材料的粒径为5～10nm；所述类石墨微晶碳纳米材料为非荧光性碳纳米材料。本专利技术提供了一种以类石墨微晶为结构基础的碳纳米材料。本专利技术还提供了一种类石墨微晶碳纳米材料的制备方法，将氧化剂溶液与类石墨微晶质炭混合，然后加热进行氧化，得到氧化料液；其中，氧化剂溶液包括第一酸和第二酸的混合溶液；第一酸为硝酸，第二酸为高氯酸或硫酸；调节所得到的氧化料液的pH值至3～8，得到预过滤体系后，进行超滤洗涤，得到悬浮液；再将所得到的悬浮液依次进行分离、旋蒸浓缩和干燥，得到类石墨微晶碳纳米材料。本专利技术提供的制备方法，采用所述氧化剂溶液在微波加热条件下对类石墨微晶质炭进行氧化，有选择性地氧化刻蚀掉连接于类石墨微晶之间的无定形炭，实现了类石墨微晶质炭的解离，得到类石墨微晶为结构单元的碳纳米材料，避免了对微晶质炭的逐层表面刻蚀，提高了制备效率。说明书附图图1为本专利技术氧化剂溶液氧化解离类石墨微晶质炭的示意图，其中，a为类石墨微晶，b为连接类石墨微晶的物质，c为氧化剂溶液；图2为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料的X射线光电子能谱图；图3为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料的X射线光电子能谱图的氧原子结合能的拟合图；图4为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料的红外光谱图；图5为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料的原子力显微照片；图6为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料的原子力显微镜照片图片的厚度尺寸统计曲线图；图7为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料的TEM图；图8为本专利技术实施例1制备得到的类石墨微晶碳纳米材料在水和甲醇中的分散状态图；图9为本专利技术实施例1制备得到的微米级碳材料的SEM图；图10为本专利技术实施例1制备得到的荧光性碳纳米材料的TEM图；图11为本专利技术实施例1制备得到的荧光性碳纳米材料的尺寸统计图；图12为本专利技术实施例1制备得到的荧光性碳纳米材料的荧光照片；图13为本专利技术制备得到的L-CNPs自组装成的碳纳米薄膜的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种类石墨微晶碳纳米材料，以100份质量计，在化学组成上，包括50～60份的碳，30～45份的氧和1～3份的氢。在本专利技术中，以所述类石墨微晶碳材料总质量100份计，所述类石墨微晶碳材料包括50～60份的碳，优选为51～55份。在本专利技术中，以所述类石墨微晶碳材料总质量100份计，所述类石墨微晶碳材料包括30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类石墨微晶碳纳米材料，以100份质量计，在化学组成上包括50～60份的碳，30～45份的氧和1～3份的氢；所述类石墨微晶碳纳米材料的结构单元为类石墨微晶；所述类石墨微晶碳纳米材料的粒径为5～10nm；所述类石墨微晶碳纳米材料为非荧光性碳纳米材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种类石墨微晶碳纳米材料，以100份质量计，在化学组成上包括50～60份的碳，30～45份的氧和1～3份的氢；所述类石墨微晶碳纳米材料的结构单元为类石墨微晶；所述类石墨微晶碳纳米材料的粒径为5～10nm；所述类石墨微晶碳纳米材料为非荧光性碳纳米材料。2.根据权利要求1所述的类石墨微晶碳纳米材料，其特征在于，所述类石墨微晶碳纳米材料的厚度≤1.5nm。3.根据权利要求1或2所述的类石墨微晶碳纳米材料，其特征在于，所述类石墨微晶碳纳米材料为极性碳纳米材料。4.根据权利要求3所述的类石墨微晶碳纳米材料，其特征在于，所述类石墨微晶碳纳米材料在酸性水溶液、碱性水溶液和中性水溶液中进行分散。5.根据权利要求3所述的类石墨微晶碳纳米材料，其特征在于，所述类石墨微晶碳纳米材料含有羧基、羰基、羟基和醚基。6.权利要求1～5任一项所述类石墨微晶碳纳米材料的制备方法，包含如下步骤：(1)将氧化剂溶液与类石墨微晶质炭原料混合，在微波加热条件下，进行氧化，得到氧化料液；所述氧化剂溶液包括第一酸和第二酸的混合溶液；所述第一酸为硝酸，所述第二酸为高氯酸或硫酸；(2)调节所述步骤(1)得到的氧化料液的pH值至3～8；得到预过滤体系；(3)将所述步骤(2)得到的预过滤体系进行超滤，得到悬浮液和滤出液；(4)将所述步骤(3)得到的悬浮液进行分离，得到细密悬浮液；(5)将所述步骤(4)得到的细密悬浮液进行水分的去除，得到类石墨微晶碳纳米材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中类石墨微晶质炭原料的质量和氧化剂溶液的体积比为1g：(20～50)mL；所述氧化剂溶液中第一酸和第二酸的摩尔比为(0.5～2)：1；所述氧化剂溶液由第一酸溶液和第二酸溶液混合得到，所述第一酸溶液的质量浓度为65～68％，所述第二酸溶液的质量浓度为70～72％；所述第一酸溶液和第二酸溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：左宋林，苗萌，赵允洋，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32