一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及气敏传感器领域，公开了一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法，包括：1）将氧化铁粉末、石墨粉末分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎获得纳米级的氧化铁颗粒和石墨颗粒；2）将得到的混合颗粒与胶黏剂放入球磨机中常温混合，模压制成改性电极；3）在充满氩气的密闭封箱内，将改性电极置于其中，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，在高温下发生反应生成铁和碳纳米管；4）气体在剩余的电极表面上自然冷却，形成以碳纳米管作为基体的铁固体颗粒。通过本发明专利技术可以快速环保地制备出基于多层碳纳米管改性的铁粉干燥剂，为新型干燥剂的制备提供新的方法，对我国干燥剂制备产业的发展具有非常重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法
本专利技术涉及干燥剂制备领域，尤其涉及一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法。
技术介绍
碳纳米管(又名巴基管)是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。这种材料可以看作单层石墨烯卷叠成管状材料，这种独特的结构使得碳纳米管拥有和一般碳材料完全不同的性能，包括超坚韧性、耐超高温性、超导电性、良传热性和独特的光学特性。研究碳纳米管的应用现在正是材料领域的一个热点。在一定湿度和温度下，食物中的细菌和霉菌会高速繁殖，使食物腐坏；湿度过高，电子产品会因为形成电池产生电化学腐蚀，造成接触不良；就算是塑料、橡胶等高分子材料不怕腐蚀，其制备良品率也与空气中的水分息息相关。因此，湿度调控在我们的生活中至关重要。干燥剂正是为了解决这个问题而出现的。一般情况下，固体干燥剂主要由生石灰构成。相比较生石灰干燥剂只能吸收H2O，铁粉干燥剂能同时吸收H2O和氧气，具有更广泛的应用范围。然而，铁粉干燥剂反应相对缓慢，无法迅速吸收大量水分。人们需要一种性能更加优秀，适用范围更加广泛的铁粉干燥剂。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法。本专利技术通过电弧作用带来的高温，使得氧化铁被还原成为铁，石墨成为多层碳纳米管，最终制备出一种以碳纳米管作为基体的铁固体颗粒材料。本专利技术的具体技术方案为：一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法，以g计，包括以下步骤：1)将280-300g氧化铁粉末、80-100g石墨粉末分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒。本专利技术在步骤1)中使用氧化铁颗粒和石墨颗粒，球磨机的机械力作用使得金属氧化物和碳单质活化，石墨表面的极性基团激活，与氧化铁形成离子键，并且粉碎成为纳米级别，有利于接下来的反应。2)将步骤1)中得到的混合颗粒与20-35g胶黏剂放入球磨机中，常温混合，模压制成改性电极。本专利技术在步骤2)中使用胶黏剂通过模压成型将混合颗粒粘合成固体，在不改变材料性能的条件下制成电极。3)在充满氩气的密闭封箱内，将改性电极置于其中，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发；在电弧带来的热量使得材料温度达到3500-3900℃，在此温度下，电极中的石墨变成碳蒸汽；电极中的氧化铁变成氧化铁蒸汽；氧化铁蒸汽与碳蒸在高温下发生还原反应生成铁和二氧化碳；碳蒸和二氧化碳又在电弧的作用下形成碳纳米管，其中剩余的氧化铁充当催化剂。本专利技术在步骤3)中通过电弧放电制备铁单质和多层碳纳米管，在这期间氧化铁和石墨相互促进相互影响：高温使得两种固体升华成气体，氧化铁被石墨还原成铁，生成二氧化碳；二氧化碳及石墨在高温作用下形成多层碳纳米管，氧化铁作为催化剂促进了这一过程；整个过程经过多次循环，铁单质和多层碳纳米管的纯度逐渐上升。4)步骤3)结束后，气体在剩余的氧化铁表面上自然冷却，形成基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂。本专利技术在步骤4)中，铁单质和多层碳纳米管自然冷却凝结成为固体，纳米级别的铁单质附着在多层碳纳米管上，最终形成富含有铁单质纳米颗粒的多层碳纳米管载体。相比较一般的碳单质，碳纳米管在电学性能、力学性能和热力学性能中有着独特的优势：首先，多层碳纳米管在层与层之间形成缺陷，这就成为了一个个势阱，容易捕获空气中的极性基团和电离集团，包括水蒸汽、二氧化碳、带电灰尘等等，与铁粉形成协同效应；其次，多层碳纳米管中由p电子形成离域的大π键，使得碳纳米管拥有一般碳单质所不具有的超导电性和共轭效应，电子可以在碳纳米管与铁原子中迅速流窜，加速键的结合，碳纳米管与铁单质结合更加紧密，提高干燥剂的稳定性，延长了干燥剂的寿命；再其次，碳纳米管拥有极高的熔沸点，即使温度到达了3000℃，碳纳米管也不会融化，使得这种改性干燥剂的工作温度范围进一步扩大；最后，碳纳米管具有极高的模量和强度，甚至被称为超级纤维，这使得这种物质不仅可以像一般材料做成块状或是颗粒状，还可以做成纤维状，最终编织成布状材料或是网状材料，既能作为其他材料的辅助添加剂，提高功能材料的抗氧化性、抗潮性、抗氧化性和坚韧性，也能单独使用，变成碳布和碳膜，被应用到日常生活中，使得材料的适用性大大提升。可以说碳纳米管兼具了活性炭和碳纤维的双重优点，可以极强的提升铁粉干燥剂的性能。作为优选，步骤1)中，物料粉碎10-15min，球磨机转速为220-250r/min。作为优选，步骤2)中，常温混合5-8min，球磨机转速为150-200r/min。作为优选，步骤3)中，电极处于充满氩气的密闭封箱内，电弧间歇激发15-28min，每次持续15-25s，间隔2-7s。作为优选，步骤2)中，所述胶黏剂为氧化铝、氧化锌或氧化钨的任意一种。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：1、操作过程简单，方便快捷，可以迅速产出大量改性干燥剂，适用于大规模工业生产。2、本专利技术制备过程中气体只有金属氧化物、金属单质和碳单质，没有出现有毒有害气体，且反应期间原料处于完全密闭的空间内，不会有气体逸出造成污染，符合绿色制备的思维。3、本专利技术制备出的干燥剂属于纳米材料，具有更高的表面积；铁可以与氧气和H2O反应，而多层碳纳米管可以与一氧化碳反应，适用范围更广，多层碳纳米管的中空结构更有利于氧气和H2O的进入；多层碳纳米管的良导热性有利于在铁粉反应时控制热量的排放；多层碳纳米管与铁结合成键，加强了电子的流动，使反应速率提高；铁负载在多层碳纳米管上，可以制备成各种形状的固体而不影响干燥剂的性能；以碳纳米管为载体的铁粉干燥剂具有更强的环境适应能力和力学性能，稳定性更高、寿命更长。4、一般而言，人们更需要单层碳纳米管，而碳纳米管的制备往往会产生多层碳纳米管和富勒烯的杂质，然而，在本专利技术中，对碳纳米管的纯度要求并不高，无论是多层碳纳米管、单层碳纳米管还是富勒烯都可以起到吸附杂质的功用，甚至比起单层的碳纳米管，多层的更受欢迎，其次，在铁粉的催化和影响下，反应趋向于形成表面更具有活性的多层碳纳米管，纯度也比单纯的电弧放电制备碳纳米管要高得多。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1：一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法，包括如下步骤：1)将280g氧化铁粉末、80g石墨粉末分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎10min，转速为220r/min，获得纳米级的氧化铁颗粒和石墨颗粒；2)将步骤1)中得到的混合颗粒与20g胶黏剂(氧化铝)放入球磨机中，常温混合5min，转速为150r/min，模压制成改性电极；3)在充满氩气的密闭封箱内，将改性电极置于其中，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发15min，每次持续15s，间隔2s；在电弧带来的热量使得材料温度达到3500℃，在这种温度下，电极中的石墨蒸发生成碳蒸汽；电极中的氧化铁蒸发生成氧化铁蒸汽；气体中的氧化铁与碳单质在高温下发生还原反应生成铁和二氧化碳；气体中的碳单质和二氧化碳又在电弧的作用下形成碳纳米管，其中氧化铁充当催化剂促进这一过程；4)步骤3)结束后，气体在剩余的氧化铁表面上自然冷却，形成以碳纳米管作为基体的铁固体颗粒。实施例2：一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法，以g计，其特征在于包括以下步骤：1）将280‑300g氧化铁粉末、80‑100g石墨粉末分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒；2）将步骤1）中得到的混合颗粒与20‑35g胶黏剂放入球磨机中，常温混合，模压制成改性电极；3）在充满氩气的密闭封箱内，将改性电极置于其中，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发；在电弧带来的热量使得材料温度达到3500‑3900℃，在此温度下，电极中的石墨变成碳蒸汽；电极中的氧化铁变成氧化铁蒸汽；氧化铁蒸汽与碳蒸在高温下发生还原反应生成铁和二氧化碳；碳蒸和二氧化碳又在电弧的作用下形成碳纳米管，其中剩余的氧化铁充当催化剂；4）步骤3）结束后，气体在剩余的氧化铁表面上自然冷却，形成基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂。

【技术特征摘要】
1.一种基于多层碳纳米管的改性铁粉干燥剂的制备方法，以g计，其特征在于包括以下步骤：1）将280-300g氧化铁粉末、80-100g石墨粉末分别放入球磨机，在干燥空气气氛下粉碎，获得纳米级的混合颗粒；2）将步骤1）中得到的混合颗粒与20-35g胶黏剂放入球磨机中，常温混合，模压制成改性电极；3）在充满氩气的密闭封箱内，将改性电极置于其中，使用220V标准电压在两极之间激发出电弧，间歇激发；在电弧带来的热量使得材料温度达到3500-3900℃，在此温度下，电极中的石墨变成碳蒸汽；电极中的氧化铁变成氧化铁蒸汽；氧化铁蒸汽与碳蒸在高温下发生还原反应生成铁和二氧化碳；碳蒸和二氧化碳又在电弧的作用下形成碳纳米管，其中剩余的氧化铁充当催化剂；4）步骤3）结束后，气体在剩余的氧化铁表面上自然...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志勤，刘珉琦，池贺海，万军民，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33