CN108479696A - 一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：将氯化锡加入聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，经静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜；将含锡的碳前驱体纤维膜受力，置于真空加热***中，通入含氨气的混合气体，高温炭化处理后，酸洗，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维；将含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，缓慢滤水，进行压制固化，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。本发明制备的碳纤维具有理想的比表面积和氮元素，制备的碳纤维膜紧密，纤维密度大，具有优异的吸附性能和催化性能。
Description
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法。
背景技术
纳米纤维是一维纳米材料，在空间二个维度上为纳米尺度，具有高比表面积、高弹性以及优异的取向强度性，纳米纤维制备的织物以及复合材料具有优异的性能，在多个领域都具有广阔的应用前景。静电纺丝是依靠高压静电拉伸来制备超细纤维的方法,是制备纳米纤维的较有前景的制备方法，除了具有设备简单、造价低和适用性广等优点外,通过对纺丝液的组分调控实现纤维组成和结构的设计，静电纺丝制备的自支撑纤维网以其优异的柔性、易批量制备等优势引起了广泛关注。
碳纤维是经过1300-1600℃高温碳化制得的含碳量高达93％以上的新型碳材料，具有密度低、模量高、强度高等突出优点。中国专利CN 107083584A公开的一种可折叠柔性纯净纳米碳纤维的静电纺丝-炭化制备方法，将锌盐和聚丙烯腈作为原料，DMF溶液作为溶剂，制备得到纺丝液，通过静电纺丝形成纳米纤维膜，在150-280℃下预氧化，然后在惰性气体保护下高温炭化处理，得到可折叠柔性纯净纳米碳纤维，该方法制备简单，原料成本低，制备纳米碳纤维柔性佳，可多次对折形变。中国专利CN 103469370B公开的一种含氮活性碳纤维及其制备方法，将聚丙烯腈基预氧纤维束或者织物放入碳化火化炉中，在氮气中加热保温碳化处理后，通入氨气、氮气和水蒸汽制备的复合活化剂，继续升温活化处理，得到含氮活性碳纤维。该方法通过在活化的过程中通入氨气和氮气的混合气体，并通入一定的水蒸汽，利用氨气对原料进行深度活化，制备得到高比表面积活性和氮元素含量的碳纤维，提高了碳纤维的吸附范围和吸附量，吸附分离能力强、吸附速度高，耐腐蚀性和稳定性好，且加工方面，可制成布、毡、纸等形态，具有广阔的应用前景。由上述现有技术可知，通过调节碳化处理的工艺可得到多功能的新型碳纤维。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，将氯化锡、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯作为原料，经静电纺丝制备得到纤维膜后，在受力和氨气氛围下高温处理，酸洗得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维，再经分散，沉降，加压固化制备得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。本发明的制备方法简单，可操控性强，制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜中碳纤维具有理想的比表面积和氮元素，制备的碳纤维膜紧密，纤维密度大，具有优异的吸附性能和催化性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氯化锡加入聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，经静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜；
(2)将步骤(1)制备的含锡的碳前驱体纤维膜受力，置于真空加热***中，通入含氨气的混合气体，高温炭化处理后，酸洗，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维；
(3)将步骤(2)制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，缓慢滤水，进行压制固化，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，纺丝液中氯化锡的含量为1-5wt％，所述聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:1。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，静电纺丝的电压为8-10kV，纺丝速率为0.1-0.3mm/min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，受力的含锡的碳前驱体纤维膜强度为5-10N。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，含氨气的混合气体中氨气的含量为10-30％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，高温炭化处理的条件为：先以1-3℃/min的速率升温至250-300℃，保温1h后，再以5-10℃/min的速率升温至800-1000℃，保温2-4h，再以1-5℃/min的速率升温至1200-1600℃/min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，酸洗的条件为在25-35℃下硝酸溶液中处理30-60min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，混合溶液中含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维的含量为5-10mg/L。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，缓慢滤水的速率为1-5mL/min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，压制固化的压力为1-5MPa，时间为5-10min，温度为50-100℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明是将氯化锡、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯作为原料，经静电纺丝制备得到纤维膜后，在受力和氨气氛围下高温处理，酸洗得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维，再经分散，沉降，加压固化制备得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。其中将静电纺丝含锡的碳前驱体纤维膜在250-300℃下预氧化处理使线性分子链转化成耐热梯形六元环结构，使聚丙烯腈纤维在高温碳化时不熔不燃，保持纤维形态，大多为具有乱层石墨的碳纤维，且在受力时进行高温炭化处理，限制碳纤维收缩，使耐热梯形六元环结构在高温下择优取向，提高碳纤维的模量，且含氨气的氛围下分两次进行高温炭化处理，更有有利于碳纤维中氮元素的掺杂，且纤维中氢氧氮等元素被大量除去，使耐热梯形六元环结构的大分子发生脱氮交联，变成稠环状，且碳纤维的结构也由无定型和乱层结构向三位石墨化转化，使制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维中碳材料的结构取向度高，锡颗粒和氮元素的分布均匀，有利于碳纤维的性能的稳定均匀。
(2)本发明的制备方法简单，可操控性强，通过调节原料的比例和高温炭化处理的参数，使制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜中碳纤维具有理想的比表面积和氮元素，制备的碳纤维膜紧密，纤维密度大，具有优异的吸附性能和催化性能，尤其碳纤维中含有锡颗粒和氮元素对推动二氧化碳电学转化具有很高的催化性能，此外，本发明将碳纤维制成结构密实的纸状材料，进一步提高含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的机械性能、导电性能和催化性能，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将氯化锡加入质量比为1:1的聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，其中纺丝液中氯化锡的含量为1wt％，在8kV下，以纺丝速率为0.1mm/min下静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜。
(2)将含锡的碳前驱体纤维膜在5N的强度下受力，置于真空加热***中，通入含10％氨气的混合气体，先以1℃/min的速率升温至250℃，保温1h后，再以5℃/min的速率升温至800℃，保温2h，再以1℃/min的速率升温至1200℃/min，最后在25℃下硝酸溶液中处理30min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维。
(3)将5mg的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于1L水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，以1mL/min的速率缓慢滤水，在1MPa和50℃下进行压制固化5min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
实施例2：
(1)将氯化锡加入质量比为1:1的聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，其中纺丝液中氯化锡的含量为5wt％，在10kV下，以纺丝速率为0.3mm/min下静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜。
(2)将含锡的碳前驱体纤维膜在10N的强度下受力，置于真空加热***中，通入含30％氨气的混合气体，先以3℃/min的速率升温至300℃，保温1h后，再以10℃/min的速率升温至1000℃，保温4h，再以5℃/min的速率升温至1600℃/min，最后在35℃下硝酸溶液中处理60min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维。
(3)将10mg的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于1L水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，以5mL/min的速率缓慢滤水，在5MPa和100℃下进行压制固化10min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
实施例3：
(1)将氯化锡加入质量比为1:1的聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，其中纺丝液中氯化锡的含量为3wt％，在9kV下，以纺丝速率为0.2mm/min下静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜。
(2)将含锡的碳前驱体纤维膜在8N的强度下受力，置于真空加热***中，通入含20％氨气的混合气体，先以2℃/min的速率升温至280℃，保温1h后，再以6℃/min的速率升温至900℃，保温3h，再以2℃/min的速率升温至1500℃/min，最后在30℃下硝酸溶液中处理45min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维。
(3)将8mg的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于1L水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，以3mL/min的速率缓慢滤水，在2MPa和80℃下进行压制固化6min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
实施例4：
(1)将氯化锡加入质量比为1:1的聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，其中纺丝液中氯化锡的含量为1wt％，在10kV下，以纺丝速率为0.1mm/min下静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜。
(2)将含锡的碳前驱体纤维膜在10N的强度下受力，置于真空加热***中，通入含10％氨气的混合气体，先以3℃/min的速率升温至250℃，保温1h后，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温4h，再以1℃/min的速率升温至1600℃/min，最后在25℃下硝酸溶液中处理60min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维。
(3)将5mg的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于1L水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，以5mL/min的速率缓慢滤水，在1MPa和100℃下进行压制固化5min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
实施例5：
(1)将氯化锡加入质量比为1:1的聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，其中纺丝液中氯化锡的含量为5wt％，在8kV下，以纺丝速率为0.3mm/min下静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜。
(2)将含锡的碳前驱体纤维膜在5N的强度下受力，置于真空加热***中，通入含30％氨气的混合气体，先以1℃/min的速率升温至300℃，保温1h后，再以5℃/min的速率升温至1000℃，保温2h，再以5℃/min的速率升温至1200℃/min，最后在35℃下硝酸溶液中处理30min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维。
(3)将10mg的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于1L水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，以1mL/min的速率缓慢滤水，在5MPa和50℃下进行压制固化10min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
实施例6：
(1)将氯化锡加入质量比为1:1的聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，其中纺丝液中氯化锡的含量为2.5wt％，在9kV下，以纺丝速率为0.2mm/min下静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜。
(2)将含锡的碳前驱体纤维膜在6N的强度下受力，置于真空加热***中，通入含15％氨气的混合气体，先以2℃/min的速率升温至280℃，保温1h后，再以8℃/min的速率升温至950℃，保温2.5h，再以2℃/min的速率升温至1500℃/min，最后在30℃下硝酸溶液中处理35min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维。
(3)将8mg的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于1L水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，以3mL/min的速率缓慢滤水，在4MPa和60℃下进行压制固化7min，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
经检测，实施例1-6制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜与现有的碳纤维膜的密度、机械性能、导电性能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的结构紧密，纤维之间结合度高，纤维膜机械强度好，且具有高的比表面积，对二氧化碳有很好的吸附。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氯化锡加入聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯中混合均匀至均一透明胶体状，形成纺丝液，经静电纺丝，制备得到含锡的碳前驱体纤维膜；
(2)将步骤(1)制备的含锡的碳前驱体纤维膜受力，置于真空加热***中，通入含氨气的混合气体，高温炭化处理后，酸洗，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维；
(3)将步骤(2)制备的含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维在超声波的作用下分散于水形成混合溶液，将混合溶液置于含过滤网的平板模压板之间，缓慢滤水，进行压制固化，得到含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，纺丝液中氯化锡的含量为1-5wt％，所述聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，静电纺丝的电压为8-10kV，纺丝速率为0.1-0.3mm/min。
4.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，受力的含锡的碳前驱体纤维膜强度为5-10N。
5.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，含氨气的混合气体中氨气的含量为10-30％。
6.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，高温炭化处理的条件为：先以1-3℃/min的速率升温至250-300℃，保温1h后，再以5-10℃/min的速率升温至800-1000℃，保温2-4h，再以1-5℃/min的速率升温至1200-1600℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，酸洗的条件为在25-35℃下硝酸溶液中处理30-60min。
8.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，混合溶液中含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维的含量为5-10mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，缓慢滤水的速率为1-5mL/min。
10.根据权利要求1所述的一种含锡纳米颗粒的氮掺杂的碳纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，压制固化的压力为1-5MPa，时间为5-10min，温度为50-100℃。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103779548A (zh) * | 2014-02-25 | 2014-05-07 | 北京化工大学 | 碳纳米纤维薄膜及其制备方法 |
| CN105789640A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种纳米碳纤维和金属复合电极在液流电池中的应用 |
| CN105862172A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-08-17 | 扬州大学 | 一种Sn/C复合纤维的制备方法 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103779548A (zh) * | 2014-02-25 | 2014-05-07 | 北京化工大学 | 碳纳米纤维薄膜及其制备方法 |
| CN105789640A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种纳米碳纤维和金属复合电极在液流电池中的应用 |
| CN105862172A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-08-17 | 扬州大学 | 一种Sn/C复合纤维的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| SHENGJIE PENG ET AL.: "Electrospun carbon nanofibers and their hybrid composites as advanced materials for energy conversion and storage", 《NANO ENERGY》 * |
| 刘恩华等: "聚丙烯腈基中空碳纤维膜制备及结构研究", 《纺织学报》 * |
| 沃丁柱: "《复合材料大全》", 31 January 2000 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110665533A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-10 | 深圳大学 | 一种室温甲醛净化用非贵金属掺杂碳纤维膜及其制备方法和应用 |
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