CN107603092B - 一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107603092B CN107603092B CN201710911632.7A CN201710911632A CN107603092B CN 107603092 B CN107603092 B CN 107603092B CN 201710911632 A CN201710911632 A CN 201710911632A CN 107603092 B CN107603092 B CN 107603092B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ptfe
- polytetrafluoroethylene
- carbon nanomaterial
- carbon
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法，所述的材料为多孔泡沫状，包括碳纳米材料和聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物，碳纳米材料镶嵌在聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物的网络中形成气凝胶，通过琼脂溶液与碳材料‑聚四氟乙烯混合液混合，成凝胶冷冻，高温煅烧制得，得到的气凝胶材料具有对液体和气体的具有优异的透过性的多孔结构，多孔结构包括大孔、中孔(大孔直径10‑200um中孔直径0.5‑10um)，比表面积大，负载能力强，结构稳定，可以保持稳定形状的多孔结构，具有优异的化学稳定性，耐酸碱腐蚀，耐高温，在不同的液体溶剂中不分解，不变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法，属于气凝胶材料技术领域。
背景技术
聚四氟乙烯气凝胶是一种新型的轻质微米级多孔非晶材料，具有纳米尺度和微米孔结构双重特性，聚四氟乙烯材料还具有十分优异的化学稳定性，耐酸耐碱，耐化学溶剂，耐氧化剂，耐高温性质，是极其理想的纳米催化剂或催化剂载体材料。
碳纳米材料，包括碳纳米管，石墨烯，碳纤维等，其耐腐蚀性能，化学稳定性，耐高温性能也十分优越，同时具有很大的比表面积和吸附性能，已经广泛的用于催化剂吸附基质，作为催化剂极佳的基质材料。
经由碳纳米材料制备气凝胶，为形成稳定形状的结构保持的气凝胶基质材料，通常需要近千度甚至更高温度的烧结，制备条件比较苛刻。聚四氟乙烯材料等，其烧结温度350左右，烧结操作比较容易。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料，所述的材料为多孔泡沫状，包括碳纳米材料和聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物，碳纳米材料镶嵌在聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物的网络中形成气凝胶。
根据本发明，碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，包括：
碳材料-聚四氟乙烯混合液制备步骤；
琼脂溶液与碳材料-聚四氟乙烯混合液混合，成凝胶步骤：
凝胶冷冻，高温煅烧步骤。
根据本发明优选的，所述的碳材料-聚四氟乙烯混合液制备步骤是：向聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物乳液中加入碳纳米材料分散液，混合均匀后加热至40-50℃，保温1-10min得到碳材料-聚四氟乙烯混合液；聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物乳液中聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物的质量为碳纳米材料分散液中碳纳米材料质量的1～10倍(以干物质计)。
根据本发明优选的，所述的碳纳米材料分散液的质量浓度为1％～4％，聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物乳液的固含量为55-65％，聚四氟乙烯共聚物为聚四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物。
根据本发明优选的，所述的碳纳米材料分散液是将碳纳米材料分散到水中制得，所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纤维或石墨烯。
进一步优选的，碳纳米管直径为20～40nm，长度为10～30μm；石墨烯的片层直径为5～50um，厚度为3.4～8nm。
根据本发明优选的，所述的琼脂溶液与碳材料-聚四氟乙烯混合液混合，成凝胶步骤具体为：将琼脂溶液与碳材料-聚四氟乙烯混合液混合后，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。
根据本发明优选的，碳材料-聚四氟乙烯混合液中碳纳米材料的质量为琼脂溶液中琼脂质量的1～10倍(以干物质计)。
根据本发明优选的，所述琼脂溶液的质量浓度为1％～5％。
根据本发明优选的，所述琼脂溶液是将琼脂加入到水中加热至80-90℃，然后冷却至45～50℃制得。
根据本发明优选的，所述的琼脂溶液与碳材料-聚四氟乙烯混合液混合是将碳材料-聚四氟乙烯混合液加热到45～50℃，再与45～50℃的琼脂溶液混合。
根据本发明优选的，所述的凝胶冷冻，高温煅烧步骤为：将得凝胶在-30℃～-40℃下冷冻2-6h，再真空冷冻干燥，高温煅烧得到碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料。
根据本发明优选的，所述真空冷冻干燥的真空度为0.05～0.3Pa，冷冻温度为-30℃～-40℃，冷冻时间为22-26h。
根据本发明优选的，所述的高温煅烧温度为260-360℃，煅烧时间为6-10h。
本发明最终形成的材料形状可以为圆柱状，球形，规则或者不规则薄片形，可根据模具的形状进行制备。
根据本发明，碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的应用，作为催化剂的载体使用，用于负载金属纳米粒子，无机配合物材料，无机催化剂，交联聚合物。
本发明的效果及优点：
1、本发明的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料具有对液体和气体的具有优异的透过性的多孔网络结构，多孔网络结构包括大孔、中孔(大孔直径可达10-200um，中孔直径0.5-10um)，比表面积大，负载能力强。
2、本发明的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料结构稳定，可以保持稳定形状的多孔结构，具有优异的化学稳定性，耐酸碱腐蚀，耐高温，在不同的液体溶剂中不分解，不变形。
3、本发明的制备方法工艺简单，温度低，能耗低，条件容易控制。
附图说明
图1为实施例1制得的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料扫描电镜图片；
图2为实施例1制得的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料外观形貌图，其中，a为压缩前外观形貌，b为压缩中外观形貌，c为压缩后回弹的外观形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。
实施例1：
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，具体步步骤如下：
(1)将琼脂加入到水中加热至90℃后降至45℃，配制1％的琼脂溶液，碳纳米管分散到水中配制3％的碳纳米管分散液，
(2)向固含量61％的聚四氟乙烯乳液中加入碳纳米管分散液，混合均匀后加热至45℃，保温3min得到碳材料-聚四氟乙烯混合液；聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量为碳纳米管分散液中碳纳米管质量的3倍(以干物质计)；
(3)碳材料-聚四氟乙烯混合液加热到45℃，再与45℃的琼脂溶液混合，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。碳材料-聚四氟乙烯混合液中碳纳米管的质量为琼脂溶液中琼脂质量的4倍(以干物质计)。
(4)凝胶在-30℃～-40℃下冷冻4h，再冷冻干燥24h，然后置于马弗炉中在350℃下煅烧30min得到碳纳米管复合聚四氟乙烯气凝胶材料。
制得的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出，制得的气凝胶材料具有发达的多孔结构。
实施例2：
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，具体步步骤如下：
(1)将琼脂加入到水中加热至90℃后降至45℃，配制1％的琼脂溶液，碳纤维分散到水中配制3％的碳纤维分散液，
(2)向固含量63％的聚四氟乙烯乳液中加入碳纤维分散液，混合均匀后加热至45℃，保温2min得到碳材料-聚四氟乙烯混合液；聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量为碳纤维分散液中碳纤维质量的5倍(以干物质计)；
(3)碳材料-聚四氟乙烯混合液加热到45℃，再与45℃的琼脂溶液混合，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。碳材料-聚四氟乙烯混合液中碳纤维的质量为琼脂溶液中琼脂质量的6倍(以干物质计)。
(4)凝胶在-30℃～-40℃下冷冻4h，再冷冻干燥24h，然后置于马弗炉中在350℃下煅烧30min得到碳纤维复合聚四氟乙烯气凝胶材料。
实施例3：
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，具体步步骤如下：
(1)将琼脂加入到水中加热至90℃后降至45℃，配制2％的琼脂溶液，石墨烯分散到水中配制4％的石墨烯分散液，
(2)向固含量63％的聚四氟乙烯乳液中加入石墨烯分散液，混合均匀后加热至46℃，保温2min得到碳材料-聚四氟乙烯混合液；聚四氟乙烯乳液中聚四氟乙烯的质量为石墨烯分散液中石墨烯质量的6倍(以干物质计)；
(3)碳材料-聚四氟乙烯混合液加热到45℃，再与45℃的琼脂溶液混合，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。碳材料-聚四氟乙烯混合液中石墨烯的质量为琼脂溶液中琼脂质量的7倍(以干物质计)。
(4)凝胶在-30℃～-40℃下冷冻4h，再冷冻干燥24h，然后置于马弗炉中在350℃下煅烧30min得到石墨烯复合聚四氟乙烯气凝胶材料。
实施例4：
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，具体步步骤如下：
(1)将琼脂加入到水中加热至90℃后降至45℃，配制1％的琼脂溶液，碳纳米管分散到水中配制3％的碳纳米管分散液，
(2)向固含量61％的聚四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物乳液中加入碳纳米管分散液，混合均匀后加热至45℃，保温2min得到碳材料-聚四氟乙烯混合液；聚四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物乳液中聚四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物的质量为碳纳米管分散液中碳纳米管质量的7倍(以干物质计)；
(3)碳材料-聚四氟乙烯混合液加热到45℃，再与45℃的琼脂溶液混合，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。碳材料-聚四氟乙烯混合液中碳纳米管的质量为琼脂溶液中琼脂质量的7倍(以干物质计)。
(4)凝胶在-30℃～-40℃下冷冻4h，再冷冻干燥24h，然后置于马弗炉中在350℃下煅烧30min得到石墨烯复合聚四氟乙烯气凝胶材料。
实施例5：
一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，具体步步骤如下：
(1)将琼脂加入到水中加热至90℃后降至45℃，配制2％的琼脂溶液，石墨烯分散到水中配制4％的石墨烯分散液，
(2)向固含量61％的PFA乳液中加入石墨烯分散液，混合均匀后加热至45℃，保温2min得到碳材料-聚四氟乙烯混合液；PFA乳液中PFA的质量为石墨烯分散液中石墨烯质量的7倍(以干物质计)；
(3)碳材料-聚四氟乙烯混合液加热到45℃，再与45℃的琼脂溶液混合，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。碳材料-聚四氟乙烯混合液中石墨烯的质量为琼脂溶液中琼脂质量的7倍(以干物质计)。
(4)凝胶在-30℃～-40℃下冷冻4h，再冷冻干燥24h，然后置于马弗炉中在350℃下煅烧30min得到石墨烯复合聚四氟乙烯气凝胶材料。
实验例：
将实施例1-5制得的气凝胶材料分别浸泡于水、95％-98％的浓硫酸、四氢呋喃及丙酮中观察形状变化及溶解情况，测试结果如下表1所示：
表1气凝胶材料形状变化及溶解情况
Claims (6)
1.一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，所述的材料为多孔泡沫状，包括碳纳米材料和聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物，碳纳米材料镶嵌在聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物的网络中形成气凝胶；其特征在于，制备方法包括：
碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液制备步骤；
琼脂溶液与碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液混合，成凝胶步骤；
凝胶冷冻，高温煅烧步骤；所述的凝胶冷冻，高温煅烧步骤为：将得凝胶在-30℃～-40℃下冷冻2-6h，再真空冷冻干燥，高温煅烧得到碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料；所述真空冷冻干燥的真空度为0.05～0.3Pa，冷冻温度为-30℃～-40℃，冷冻时间为22-26h；所述的高温煅烧温度为260-360℃，煅烧时间为6-10h。
2.根据权利要求1所述的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液制备步骤是：向聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物乳液中加入碳纳米材料分散液，混合均匀后加热至40-50℃，保温1-10min得到碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液；聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物乳液中聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物的质量为碳纳米材料分散液中碳纳米材料质量的1～10倍（以干物质计）。
3.根据权利要求2所述的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，其特征在于，碳纳米材料分散液的质量浓度为1%～4%，所述的碳纳米材料分散液是将碳纳米材料分散到水中制得，聚四氟乙烯或聚四氟乙烯共聚物乳液的固含量为55-65%，聚四氟乙烯共聚物为聚四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物；所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纤维或石墨烯；碳纳米管或碳纤维直径为 20~40 nm，长度为 10~30μm。
4.根据权利要求1所述的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述的琼脂溶液与碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液混合，成凝胶步骤具体为：将琼脂溶液与碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液混合后，置于冰水浴中0.5-1min成凝胶。
5.根据权利要求4所述的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，其特征在于，碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液中碳纳米材料的质量为琼脂溶液中琼脂质量的1～10倍（以干物质计）；所述琼脂溶液的质量浓度为1%～5%；所述琼脂溶液是将琼脂加入到水中加热至80-90℃，然后冷却至45～50℃制得。
6.根据权利要求4所述的碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述的琼脂溶液与碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液混合是将碳纳米材料-聚四氟乙烯混合液加热到45～50℃，再与45～50℃的琼脂溶液混合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710911632.7A CN107603092B (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710911632.7A CN107603092B (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107603092A CN107603092A (zh) | 2018-01-19 |
| CN107603092B true CN107603092B (zh) | 2019-07-23 |
Family
ID=61067338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710911632.7A Active CN107603092B (zh) | 2017-09-29 | 2017-09-29 | 一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107603092B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103537236A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-01-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯气凝胶的制备方法 |
-
2017
- 2017-09-29 CN CN201710911632.7A patent/CN107603092B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103537236A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-01-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯气凝胶的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107603092A (zh) | 2018-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107417961B (zh) | 一种各向异性聚酰亚胺气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN106422995B (zh) | 一种石墨烯气凝胶和其杂化复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN104925787B (zh) | 一种常压干燥制备石墨烯气凝胶的方法 | |
| CN104495780B (zh) | 亲水性石墨烯-碳纳米管复合超轻弹性气凝胶及制备方法 | |
| CN107056318B (zh) | 一种碳纳米管-碳气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| Liu et al. | Highly anisotropic graphene aerogels fabricated by calcium ion-assisted unidirectional freezing for highly sensitive sensors and efficient cleanup of crude oil spills | |
| CN107311152B (zh) | 石墨烯气凝胶、其制备方法及应用 | |
| Meng et al. | One-pot synthetic method to prepare highly N-doped nanoporous carbons for CO2 adsorption | |
| Hu et al. | Step-freeze-drying method for carbon aerogels: a study of the effects on microstructure and mechanical property | |
| CN106006620A (zh) | 石墨烯氧化物和石墨烯气凝胶及其制备方法与环境应用 | |
| Zhong et al. | Carbon-fiber felt reinforced carbon/alumina aerogel composite fabricated with high strength and low thermal conductivity | |
| CN110980705B (zh) | 一种双功能石墨烯气凝胶、其制备方法及应用 | |
| CN111072318B (zh) | 一种具有取向导热特性的石墨烯气凝胶相变复合材料及其制备方法 | |
| CN110217774A (zh) | 一种淀粉基中空碳微球材料及其制备方法和储热应用 | |
| CN107032323A (zh) | 一种片状多孔纳米材料的制备方法 | |
| Farhan et al. | A novel combination of simple foaming and freeze-drying processes for making carbon foam containing multiwalled carbon nanotubes | |
| CN106044740B (zh) | 一种纳米多孔碳材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Influence of acid-base catalysis on the textural and thermal properties of carbon aerogel monoliths | |
| CN107603092B (zh) | 一种碳纳米材料复合聚四氟乙烯气凝胶材料及其制备方法 | |
| He et al. | Hierarchically porous carbons with diverse microstructures derived from crude oil via “One-for-All” strategy | |
| Stojanovska et al. | Carbon-based foams: Preparation and applications | |
| CN110452480B (zh) | 一种超轻绝热柔性气凝胶的制备方法 | |
| Li et al. | Carbon foams prepared by supercritical foaming method | |
| TWI566819B (zh) | 自經塗佈之粒子製造碳物件 | |
| CN112142032B (zh) | 一种含三维非晶碳框架多孔木炭及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |