本发明专利技术公开了一种碳纳米纤维纸及其制备方法。本发明专利技术的碳纳米纤维纸是采用纳米级碳纤维制备，碳纳米纤维之间依靠氢键和范德瓦耳斯力结合。本发明专利技术的碳纳米纤维纸制备方法包括碳纤维表面修饰、分散、絮凝、过滤、压榨烘干工序。本发明专利技术公开的碳纳米纤维纸，具有比表面积大，导电性和透气性优势，亲水的优点，其制备方法是用于低成本大规模工业生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米级碳纤维领域，特别涉及。
技术介绍
广义的碳纳米纤维是一种相对于普通微米级碳纤维的纳米尺度的碳纤维，依结构可分为碳纳米管(空心碳纳米纤维)和实心碳纳米纤维，碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，而实心碳纳米纤维是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米碳材料，它的直径一般在10nm-500nm，是介于普通微米级的碳纤维和碳纳米管的准一维材料。目前，碳纳米纤维制备主要有3种方式1.石墨电弧法，1991年日本科学家Iijima首次观察到利用石墨电弧法制备的碳纳米管；2.激光蒸发法，此法重要是用来合成单壁碳纳米管，此法产量低，成本高；3. 催化裂解法，也叫化学气相沉积法(CVD)，此方法成本低，可实现大规模生产碳纳米管。碳纳米纤维因其极高的电学特性、优良的力学性质以及高比表面积，具有良好的应用前景例如，1997年Nature杂志报道了单壁碳纳米管储氢气可达10wt%，中国专利CN1398782，美国专利US2005118091以及日本专利JP2001146408都公开了不同形式的利用碳纳米管储氢的方法；2012年，J. Power Sources杂志报导了将4nm厚的MnO2包覆于实心碳纳米纤维,配合硫酸钠电解质制成了高性能超级电容器；2010年，Nature报到利用碳纳米管作锂电池阳极将电化学电容和法拉第反应电池结合,获得了高性能的锂电池，中国专利CN101346834公开一种碳纳米管表面包裹纳米级娃颗粒用于锂电池负电极；中国专利CN101817518利用碳纳米纤维制备燃料电池的电极基材；2010年Composites杂志报道了利用碳纳米纤维制成复合纸用于防雷击。总而言之，碳纳米纤维在储氢材料、高性能锂电池、超级电容器、燃料电池电极、电磁屏蔽材料上有良好的应用前景。然而，分散的孤立的碳纳米纤维是很难直接应用，必须将其制成宏观的基材，同时不失其纳米材料的性能，才能便于应用。碳纳米纤维纸就是这样一种良好的基材。碳纳米纤维纸是将碳纳米纤维(包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和实心的碳纳米纤维中的一种或混合)制成纸状成为一个宏观便于应用的基材，碳纳米纤维疏松交联在一起，保持了碳纳米纤维高比表面积，高导电性的特性。由于碳纳米纤维纳米级的尺寸，分散十分困难，而且过小的尺寸对滤网的要求较高，大规模生产困难，因此国内在大规模生产方面，只要集中于微米级碳纤维纸制造。例如，中国专利CN1643213公开了一种利用利用微米级碳纤维制备碳纤维纸，并用于燃料电池的多孔电极；中国专利CN101798774公开了一种利用PAN基石墨纤维经树脂炭粘结成碳纤维纸；专利CN102561099公开了一种采用微米级碳纤维复合粘合剂制成适用于2000摄氏度高温的碳纤维纸。然而，微米级碳纤维纸是无法替代碳纳米纤维纸的，碳纳米纤维在比表面积、导电性以及力学特性都是普通微米级碳纤维无法比拟的。然而，国内在大规模、低成本生产碳纳米纤维纸方面尚属空白，很多工艺技术并不适于大规模低成本生产。例如，中国专利CN102351165、CN102561109和CN1475437均公开了一种通过分散抽滤得到的碳纳米管纸的制备方法，此制备方法选用的是价格昂贵的碳纳米管，并且由于碳纳米管的纳米级尺寸，要保证碳纳米管在滤网上的留着，对滤网要求过高，并不适合大规模低成本生产。中国专利CN101284662公开了一种经絮化处理和分离定型过程制备碳纳米管薄膜的制备方法，此种方法由于添加絮化处理过程对滤网要求不高，但仍然只选用价格昂贵的碳纳米管，并且添加分离定型过程，因此并不适于大规模低成本生产。中国专利CN102627847公开的一种无支撑碳纳米管气敏膜，同样选用昂贵的碳纳米管，并且要求O. 22微米的微孔滤膜。因此，开发一种低生产成本的碳纳米纤维纸以及其适用于工业大规模生产的制备方法是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种采用纳米级碳纤维制备的、厚度可调、亲水性可调的、体密度可控、透气性导电性优秀的碳纳米纤维纸；另一目的在于提供一种适用于工业大规模生产碳纳米纤维纸的方法。本专利技术第一目的是这样实现的，包括纳米级碳纤维，纳米碳纤维表面背接枝羟基和羧基官能团，碳纳米纤维之间依靠氢键和范德瓦耳斯力结合。所述纳米级碳纤维可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和是实心碳纳米纤维中的一种或者混合。在碳纳米纤维纸中加入粘合剂，可以增加其力学强度，所述粘合剂是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、酚醛树脂、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)中的一种。本专利技术另一目的是这样实现的碳纳米纤维首先经过表面官能团修饰；然后置于水中，配合分散剂，充分分散；接着加入絮凝剂絮凝；最后过滤、压榨、烘干。本专利技术碳纳米纤维纸通过让表面修饰的官能团形成氢键自然结合，未成键部分依靠范德瓦耳斯力结合，无需粘合剂即可自然成纸。本专利技术自然成型的碳纳米纤维纸由于表面具有亲水性基团(羟基和羧基)，所以制成的碳纳米纤维纸表现为亲水性，通过控制表面亲水性基团的密度可方便的控制亲水性强弱。因此，可方便应用于超级电容器、锂电池、电化学功能化等水相领域。本专利技术中自然成型的碳纳米纤维纸也可配合粘合剂，以增强其力学强度，适用于要求强度高的领域。本专利技术制备碳纳米纤维方法中，絮凝过程可保证成纸过程的结合力和表面光滑度，可保证碳纳米纤维在过滤过程中的留着度，降低对过滤网的孔径要求，便于实现大规模的低成本生产。附图说明图1为本专利技术工艺流程框图。图2为HN03/H2S04 (体积比1:3)对碳纳米纤维进行2小时处理的红外傅里叶透射谱图。图3为HN03/H2S04 (体积比1:3)对碳纳米纤维进行4小时处理的红外傅里叶透射谱图。图4为HN03/H2S04 (体积比1:3)对碳纳米纤维进行6小时处理的红外傅里叶透射谱图。图5为HN03/H2S04 (体积比1:3)对碳纳米纤维2小时处理和H2O2M2SO4 (体积比1:4)混合液处理O. 5小时处理的红外傅里叶透射谱图。图6为Fenton试剂在254纳米紫外光辅助下修饰碳纳米纤维2小时的红外傅里叶透射谱图。具体实施例方式本专利技术碳纳米纤维纸结合力形成原理是碳纳米纤维表面被接上一些羟基和羧基 官能团，这些官能团之间在压榨烘干过程中形成氢键，氢键和范德瓦耳斯力一起形成碳纳米纤维纸的结合力。所述碳纳米纤维可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和是实心碳纳米纤维中的一种或者混合。本专利技术自然成型的碳纳米纤维纸由于表面具有亲水性基团(羟基和羧基)，所以制成的碳纳米纤维纸表现为亲水性，通过控制表面亲水性基团的密度可方便的控制亲水性强寻層。在碳纳米纤维纸中加入粘合剂，可以增加其力学强度，所述粘合剂是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、酚醛树脂、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)中的一种。下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步对碳纳米纤维纸制备方法说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，依据本专利技术的教导所作的任何变更或替换，均属于本专利技术的保护范围。图1显示出了本专利技术碳纳米纤维的制造方法的工艺流程图 A.表面修饰，将碳纳米纤维至于表面修饰剂中反应2-6小时，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用纳米级碳纤维制备的碳纳米纤维纸，碳纳米纤维之间依靠氢键和范德瓦耳斯力结合。
【技术特征摘要】
1.一种采用纳米级碳纤维制备的碳纳米纤维纸，碳纳米纤维之间依靠氢键和范德瓦耳斯力结合。2.根据权利要求1所述的碳纳米纤维，其特征是包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和实心碳纳米纤维中的一种或混合；碳纳米纤维表面接上亲水性基团，亲水性可调。3.根据权利要求1所述的碳纳米纤维纸，其特征是可以添加粘合剂增加力学特性；所述粘合剂是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、酚醛树脂、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)中的一种。4.一种权利要求1所述碳纳米纤维纸的制造方法，包括碳纤维表面修饰、分散、絮凝、 过滤、压榨烘干工序，具体包括A.表面修饰，通过表面修饰剂使碳纤维表面接枝上羧基和羟基官能团；B.分散，将表面修饰官能团的碳纳米纤维置于水中，加入分散剂，使碳纳米纤维均匀分散于水中，制成碳纳米纤维分散液；C.絮凝，向碳纳米纤维分散液中加入絮凝剂；D.过滤，将絮凝后的碳纳米纤维置于过滤网上过滤；E.压榨烘干。5.根据权利要求4所述碳纳米纤维纸的制造方法，其特征是可增加添加粘合剂步骤， 所述粘合剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖辉，刘超，刘铸，孙力，
申请(专利权)人：肖辉，
类型：发明
国别省市：
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