一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法技术

本专利提供了一种纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，属于纳米纤维碳气凝胶领域。本发明专利技术方法包括：采用静电纺丝‑支撑体分散液接收的方式，得到纳米纤维与支撑体的复合分散液；经过冷冻干燥、预氧化和碳化处理，得到蓬松的碳气凝胶。本发明专利技术中支撑体分散液直接接收静电纺纳米纤维的方法，可使支撑体在纺丝过程中同时扩散进入纤维网络，免除了多数制备方法中将纤维膜机械分散再交联的步骤，也改善了添加剂分散不均匀的问题。本发明专利技术所制备得到的复合碳气凝胶内部为纳米纤维与支撑体组装形成的开孔结构，材料具有优异的机械性能与压缩回弹性。该碳气凝胶可应用于环境治理方面，在超级电容器电极材料领域也有良好的应用前景。

An electrospun nanofiber composite aerogel and its preparation method

This patent provides a preparation method of nano fiber composite carbon aerogels, which belongs to the field of nanofiber carbon aerogels. The method comprises the following steps: obtaining a composite dispersion of nanofibers and support by adopting the way of receiving the dispersion of the electrostatic spinning support, and obtaining a fluffy carbon aerogel through freeze-drying, pre oxidation and carbonization. The method of receiving electrospun nanofibers directly by the support dispersion solution in the present invention can make the support diffuse into the fiber network at the same time in the spinning process, avoid the step of mechanical dispersion and cross-linking of the fiber membrane in most preparation methods, and improve the problem of non-uniform dispersion of additives. The composite carbon aerogel prepared by the invention is a perforated structure assembled by nanofibers and supporting bodies, and the material has excellent mechanical properties and compression resilience. The carbon aerogel can be applied to environmental treatment and has good application prospects in the field of supercapacitor electrode materials.

【技术实现步骤摘要】
一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法
本专利技术公开一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，属于纳米纤维碳气凝胶领域。
技术介绍
碳气凝胶是一种三维轻质多孔碳材料，具有比表面积高，超低密度和导电性良好等特点；可作为吸附剂、催化剂载体、电极材料，应用于水中污染物的吸附、催化以及电催化处理；还是新能源电池以及双电层超级电容器的理想电极材料，在储氢方面也有很好的应用前景，是近年来的研究热点之一。目前碳气凝胶的类型主要包括生物炭、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维基碳气凝胶。生物碳气凝胶受其原材料自身结构的限制，材料的微观结构不易调控；碳纳米管或石墨烯基碳气凝胶的制备要求原材料的堆积密度较高，材料成本相应增加，且机械性能一般。相比之下，碳纳米纤维制备简单且结构可灵活调控，强度高，是一种优异的碳气凝胶基本构建单元。静电纺丝技术是一种可简单快速制备一维纳米纤维的方法。在静电场力的作用下，纺丝液带上电荷，同时产生与液体表面张力方向相反的电场力；当电场力大于表面张力时，带电纺丝液在喷丝口处形成喷射流；喷射流在空气中运动，经溶剂挥发、纤维固化，沉积于收集装置上。静电纺技术可根据需求选择相应的原料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）配制静电纺丝聚合物溶液；（2）静电纺过程中，采用支撑体分散液作为接收液体，直接接收纳米纤维，制备得纳米纤维/支撑体均匀混合分散液；（3）将步骤（2）所制备得的混合分散液在特定形状的容器内冷冻定型，而后置于冷冻干燥机中干燥，得到蓬松的纳米纤维‑支撑体复合块体；（4）将步骤（3）所制备得的块体进行预氧化和碳化，得到纳米纤维复合碳气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）配制静电纺丝聚合物溶液；（2）静电纺过程中，采用支撑体分散液作为接收液体，直接接收纳米纤维，制备得纳米纤维/支撑体均匀混合分散液；（3）将步骤（2）所制备得的混合分散液在特定形状的容器内冷冻定型，而后置于冷冻干燥机中干燥，得到蓬松的纳米纤维-支撑体复合块体；（4）将步骤（3）所制备得的块体进行预氧化和碳化，得到纳米纤维复合碳气凝胶。2.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，其特征在于所述步骤（2）中的支撑体为微纳米尺度上具有二维片层结构的石墨烯、氧化石墨烯、黑鳞、氮化硼纳米片、二氧化锰纳米片、二硫化钼纳米片等其中的一种或几种；所述的分散支撑体的溶液为浸润纳米纤维时浸润功大于0的液体，即纳米纤维与接收溶液之间的接触角小于90°。3.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，其特征在于所述步骤（2）中静电纺丝与支撑体复合同步进行，可使具有二维片层结构的支撑体在纺丝过程中同时扩散进入纤维网络，并与纳米纤维协同组装，实现纳米纤维与支撑体的均匀复合。4.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，其特征在于所述步骤（1）中的静电纺丝聚合物溶液包含聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯等其中的一种或几种。5.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，其特征在于通过调整静电纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑煜铭，林英正，钟鹭斌，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：福建,35