一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法技术

本发明专利技术公开了一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，包括，将纤维素纤维与非纤维素纤维组合、织造，得到混纺织物前体；混纺织物前体浸轧助剂溶液，烘干处理；在氮气氛围下对混纺织物前体进行热处理，获得杂原子掺杂型活性炭纤维。本发明专利技术以纤维素与非纤维素纤维原料混纺构造织物前体，通过负载化学助剂，氮气氛围下高温处理，实现ACF碳化、活化、杂原子掺杂的同步完成，可以快速简便的实现杂原子掺杂型ACF的高通量，大尺幅制备与应用。大尺幅制备与应用。大尺幅制备与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及到一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，杂原子掺杂型碳材料在电池、超级电容器、非金属催化、吸附和传感等领域被广泛关注。掺杂的杂原子包括但不限于氮(N)，硼(B)，氧(O)，磷(P)，硫(S)和氟(F)等，它们替代了碳骨架中的一些碳原子构成了杂原子掺杂碳材料。并且，杂原子在碳宿主中引起碳原子中的电荷再分布，导致电子和其他性质的改变。因此，对碳材料进行杂原子掺杂成为提升和改变碳材料的重要途径之一。
[0003]活性炭纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)是由碳纤维发展而来的，具有特殊形态的高价值工业活性碳材料。同时由于ACF独特的纺织品形态还展现出可任意弯曲折叠的力学特性，在工程应用中易于加工、运输和使用。高比表面多孔结构的传统ACF材料主要作为高性能吸附剂使用。而发展杂原子掺杂型ACF可大幅提升和改变ACF性能，拓展其在新能源、催化、碳捕集等领域的用途。
[0004]研究表明掺杂的难易程度往往取决于元素周期表中杂原子与碳的接近程度。目前主流的掺杂方法主要分为原位掺杂(直接合成)和后处理两类。原位掺杂，即合成碳材料同时先行引入含杂原子的前体，允许杂原子掺入碳骨架中并保持均匀掺杂和高掺杂量。后处理涉及使用含杂原子前体对明确定义的碳材料进行处理。与直接合成相比，后处理具备可控制掺杂位置，简单易行的优势；但缺陷在于引入的杂原子含量较为有限，且杂原子不均匀分布于碳材料表面。
[0005]通常纤维前体材料与ACF的物化特征有密切的关联性，但前体材料都有其自身的特点和局限性。目前主流的ACF前体材料有纤维素纤维和聚丙烯腈(PAN)纤维。纤维素前体具有高导热率、高机械柔韧性和低成本优点，纤维素基ACF具有高比表面和高孔容积的发达孔隙结构，但机械性能较差。PAN是目前制造高强碳纤维的理想前体，但其用于制造ACF时，在碳层中产生大量含氮基团的同时却难以获得理想的孔隙结构。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]本专利技术的其中一个目的是提供一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，以纤维素与非纤维素纤维原料混纺构造织物前体，通过负载化学助剂，氮气氛围下高温处理，实现ACF碳化、活化、杂原子掺杂的同步完成。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种杂原子掺杂型活性炭纤
维的高通量制备方法，包括，
[0010]将纤维素纤维与非纤维素纤维组合、织造，得到混纺织物前体；
[0011]混纺织物前体浸轧助剂溶液，烘干处理；
[0012]在氮气氛围下对混纺织物前体进行热处理，获得杂原子掺杂型活性炭纤维。
[0013]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述纤维素纤维包括棉、粘胶、麻、莱赛尔、莫代尔中的一种或多种；所述非纤维素纤维包括聚丙烯腈、羊毛、酚醛、聚酰亚胺、沥青、蚕丝中的一种或多种。
[0014]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述织造，包括机织或针织，所述机织选自平纹、斜纹、缎纹中的一种；所述针织选自经编或纬编。
[0015]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述纤维素纤维与所述非纤维素纤维的干重百分比总和为100％，所述纤维素纤维或所述非纤维素纤维的干重百分比为1～99％。
[0016]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：将棉与腈纶混纺织造，棉与腈纶的质量比为30％：70％；
[0017]将粘胶与羊毛混纺织造，粘胶与羊毛的质量比为10％：90％；
[0018]将莱赛尔与蚕丝混纺织造，莱赛尔与蚕丝的质量比为30％：70％。
[0019]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：
[0020]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述助剂选自酪蛋白磷酸肽、氯化锌或氢氧化钾中的一种；优选的助剂为酪蛋白磷酸肽。
[0021]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述助剂溶液的浓度为1～100g/L；优选的浓度为40g/L。
[0022]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述浸轧，采用一浸一轧，轧余率为80％。
[0023]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述进行热处理，加热温度为500～900℃，保温时间30～120min；优选的加热温度为700℃，保温为60min。
[0024]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述进行热处理，升温速率为1～5℃/min；优选的升温速率为5℃/min。
[0025]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：所述得到的杂原子掺杂型活性炭纤维，杂原子包括氮、硼、氧、磷、硫和氟中的一种，杂原子掺杂量为1～20％。
[0026]作为本专利技术杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法的一种优选方案，其中：杂原子为氮原子时，掺杂量为15％；杂原子为氧原子时，掺杂量为5％；杂原子为硫原子时掺杂量为12％。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术提供了一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，以纤维素与非纤维素纤维原料混纺构造织物前体，通过负载化学助剂，氮气氛围下高温处理，实现ACF碳化、活化、杂原子掺杂的同步完成。可以快速简便的实现杂原子掺杂型ACF的高通量，大尺幅制
备与应用。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0030]图1为本专利技术实施例1制备的ACF的氮掺杂量和BET比表面积。
[0031]图2为本专利技术实施例2制备的ACF的硫掺杂量和BET比表面积。
[0032]图3为本专利技术实施例3制备的ACF的氮掺杂量和BET比表面积。
[0033]图4为本专利技术实施例4制备的ACF的得率与灰分。
[0034]图5为本专利技术实施例5制备的ACF的氮掺杂量与BET比表面积。
[0035]图6为本专利技术实施例6制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，其特征在于：包括，将纤维素纤维与非纤维素纤维组合、织造，得到混纺织物前体；混纺织物前体浸轧助剂溶液，烘干处理；在氮气氛围下对混纺织物前体进行热处理，获得杂原子掺杂型活性炭纤维。2.如权利要求1所述的杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，其特征在于：所述纤维素纤维包括棉、粘胶、麻、莱赛尔、莫代尔中的一种或多种；所述非纤维素纤维包括聚丙烯腈、羊毛、酚醛、聚酰亚胺、沥青、蚕丝中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述的杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，其特征在于：所述织造，包括机织或针织，所述机织选自平纹、斜纹、缎纹中的一种；所述针织选自经编或纬编。4.如权利要求3所述的杂原子掺杂型活性炭纤维的高通量制备方法，其特征在于：所述纤维素纤维与所述非纤维素纤维的干重百分比总和为100％，所述纤维素纤维或所述非纤维素纤维的干重百分比为1～99％。5.如权利要求1、2、4中任一项所述的杂原子掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛元宇，陈天烨，林洪芹，王丽丽，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：