CN101850969B - 一种利用植物纤维合成碳化硼纳米线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用天然植物纤维合成碳化硼纳米线的方法，该方法以净化处理过天然植物纤维为碳源及模板，以硼粉、氧化硼或硼酸中的一种或任意几种的组合为硼源，以金属Fe、Co、Ni、Cu、Ag或La为催化剂，首先通过浸渍法使得硼源和金属催化剂对应的金属离子吸附在天然植物纤维表面，分离、干燥后即得吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维，吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维在惰性气体保护下于900～1800℃反应1～8小时，即得到所述的碳化硼纳米线。本发明充分利用了低成本的天然植物纤维同时作为模板及碳源，方法简单，成本低廉，易实现产业化。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种利用植物纤维合成碳化硼纳米线的方法及工艺。
(二)背景技术
碳化硼材料为非金属难熔化合物，是硬度仅次于金刚石和立方氮化硼的超硬人造材料之一。碳化硼陶瓷由于质量轻、硬度高、耐腐蚀性强、耐磨损、耐冲击、吸收中子性能等特点，在国防军工、高技术工业、核电技术等领域具有广阔的应用前景。在军工领域，碳化硼是当今世界应用最为广泛的防弹陶瓷材料。一维碳化硼纳米材料具有优异的机械性能，在树脂及金属增强领域具有非常广阔的应用前景。目前国内外有关碳化硼纳米线的合成技术非常有限，且工艺繁琐成本较高。如韦进全等人(韦进全，江斌，李延辉，吴德海.碳化硼纳米线的制备和结构.物理化学学报，2004年20卷3期)公开了一种碳化硼纳米线的制备方法，是以碳纳米管为模板，通过加热碳纳米管与硼粉的混合物，获得了笔直的硼碳纳米线。该制备方法以碳纳米管为原料，生产成本较高，不适于工业化生产。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种低成本、适于工业化生产的合成碳化硼纳米线的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种利用天然植物纤维合成碳化硼纳米线的方法，是以净化处理后的天然植物纤维为碳源及模板，以硼粉、氧化硼或硼酸中的一种或任意几种的组合为硼源，以金属Fe、Co、Ni、Cu或Ag为催化剂，控制碳源、硼源及金属催化剂的投料重量比为(1～3)∶(4～6)∶(0.5～1.5)，首先通过浸渍法使得硼源和金属催化剂对应的金属离子吸附在天然植物纤维表面，分离、干燥后即得吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维，吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维在化学惰性气体保护下于900～1800℃反应1～8小时，即得到所述的碳化硼纳米线。
本发明所述天然植物纤维可选自竹子纤维、麻纤维、木纤维或棉纤维。本发明中天然植物纤维可采用常规方法进行净化处理，比如所述的净化处理可采用如下方法：将天然植物纤维放入水、乙醇水溶液或丙酮中进行超声波净化处理，处理时间推荐为0.5小时。
本发明在浸渍时，所述的金属催化剂以金属的可溶性硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐的形式加入反应体系。
本发明所述的浸渍法具体如下：将金属的可溶性硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐以及硼源均匀分散于去离子水或乙醇中，然后加入净化处理过的天然植物纤维浸泡1～5小时，分离、干燥后即得到吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维。
本发明优选所述的吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维在900～1800℃反应2～6小时。
本发明所述的化学惰性气体指在本发明反应条件下，不与反应体系发生作用的气体，故其不仅仅指通常意义上的惰性气体，本发明优选氩气或氮气。
所述的合成方法具体按照如下步骤进行：将金属的可溶性硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐以及硼源均匀分散于去离子水或乙醇中，然后加入净化处理过的天然植物纤维，浸泡1～5小时后将天然植物纤维与溶液分离，干燥后即得到吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维，将其置于900～1800℃的固定床反应炉中，在化学惰性气体保护下反应2～6小时，即得到所述的碳化硼纳米线。
与现有技术相比，本发明充分利用了低成本的天然植物纤维同时作为模板及碳源，方法简单，成本低廉，易实现产业化。
(四)附图说明
图1是本发明所得到产品的扫描电子显微镜照片。
(五)具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
本发明实施例中天然植物纤维的净化处理采用如下步骤：将天然植物纤维放入乙醇溶液(体积比水∶乙醇＝1∶1)中超声波处理0.5小时。
实施例1
首先将5g硝酸铁九水合物及5g硼粉均匀分散于20ml去离子水中，经超声波振荡5分钟后加入3g净化处理过的竹纤维。浸泡1小时后将竹纤维与溶液分离，置于温度为100℃的烘箱中将其烘干。将烘干后的竹纤维置于温度为1300℃的高温固定床反应炉中，通入流量为500sccm的氩气作为保护气体，反应2小时后得到最终产物，为大量碳化硼纳米线(见图1)。
实施例2
首先将4g硝酸镍六水合物及6g硼酸均匀分散于15ml去离子水中，经超声波振荡5分钟后加入3g净化处理过的棉纤维。浸泡2小时后将棉纤维与溶液分离，置于温度为100℃的烘箱中将其烘干。将烘干后的棉纤维置于温度为1400℃的高温固定床反应炉中，通入流量为300sccm的氩气作为保护气体，反应6小时后得到最终产物，产物形貌类似图1。
实施例3
首先将4g硝酸铜及5g氧化硼均匀分散于22ml去离子水中，经超声波振荡8分钟后加入2g净化处理过的麻纤维。浸泡5小时后将麻纤维与溶液分离，置于温度为100℃的烘箱中将其烘干。将烘干后的麻纤维置于温度为1600℃的高温固定床反应炉中，通入流量为300sccm的氩气作为保护气体，反应6小时后得到最终产物，产物形貌类似图1。
实施例4
首先将4g硫酸镍七水合物及5g硼粉均匀分散于15ml无水乙醇中，经超声波振荡5分钟后加入3g净化处理过的竹纤维。浸泡4小时后将竹纤维与溶液分离，置于温度为100℃的烘箱中将其烘干。将烘干后的竹纤维置于温度为1000℃的高温固定床反应炉中，通入流量为600sccm的氮气作为保护气体，反应3小时后得到最终产物，产物形貌类似图1。
Claims (5)
1.一种利用天然植物纤维合成碳化硼纳米线的方法，是以净化处理过的天然植物纤维为碳源及模板，以硼粉、氧化硼或硼酸中的一种或任意几种的组合为硼源，以金属Fe、Co、Ni、Cu或Ag为催化剂，金属催化剂以金属的可溶性硫酸盐、硝酸盐或盐酸盐的形式加入反应体系，控制净化处理过的天然植物纤维、硼源及金属催化剂的投料重量比为(1～3)∶(4～6)∶(0.5～1.5)，首先通过浸渍法使得硼源和金属催化剂对应的金属离子完全吸附在天然植物纤维表面，分离、干燥后即得吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维，吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维在化学惰性气体保护下于900～1800℃反应1～8小时，即得到所述的碳化硼纳米线；所述天然植物纤维通过如下方法进行净化处理：将天然植物纤维放入水、乙醇水溶液或丙酮中进行超声波净化处理；所述的浸渍法具体如下：将金属的可溶性硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐以及硼源均匀分散于去离子水或乙醇中，然后加入净化处理过的天然植物纤维，浸泡1～5小时后将天然植物纤维与溶液分离，干燥后即得到吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述天然植物纤维为竹子纤维、麻纤维、木纤维或棉纤维。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维在900～1800℃反应2～6小时。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的化学惰性气体为氩气或氮气。
5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的合成方法具体按照如下步骤进行：将金属的可溶性硝酸盐、硫酸盐或盐酸盐以及硼源均匀分散于去离子水或乙醇中，然后加入净化处理过的天然植物纤维，浸泡1～5小时后将天然植物纤维与溶液分离，干燥后即得到吸附有硼源及金属离子的天然植物纤维，将其置于900～1800℃的固定床反应炉中，在化学惰性气体保护下反应2～6小时，即得到所述的碳化硼纳米线。
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