螺旋形炭纖維的製備方法
2023-09-16 18:01:25 1
專利名稱：螺旋形炭纖維的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋形炭纖維的製備方法，具體為石墨基體上採用化學鍍鎳工藝
製備出顆粒細緻、分散均勻、催化活性高的Ni-P合金催化劑，採用化學氣相沉積法制 備螺旋形炭纖維。
背景技術：
螺旋形炭纖維作為一種新型炭材料，除了具有低密度、高比強度、耐熱性、電熱 傳導性、化學穩定性等優異性能外，其特殊的螺旋形貌使材料具有典型的手徵性、良 好的彈性、與基體的良好結合性，有望用作高性能增強複合材料、新型電磁波吸收劑、 氣體儲藏、生物合成催化劑、微型電感、微彈簧等微機械元件。
目前，螺旋形炭纖維多採用化學氣相沉積法，中國專利CN1327093公開了以乙炔 為碳源，以氫氣為還原氣體，N2為載氣，在Ni粉為催化劑，以及噻吩作用下，催化 熱解製備螺旋形炭纖維，此外中國專利CN1641083公開了採用某些過渡金屬的硫化物 或磷化物以及它們的複合物為催化劑製備螺旋形炭纖維，但在製備過程中均存在催化 劑粉末在基板上分散不均勻的問題，催化劑的分散對螺旋形炭纖維產率和產量至關重 要，直接阻礙螺旋形炭纖維的工業化進程。
發明內容
要解決的技術問題
為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種螺旋形炭纖維的製備方法，採用 化學鍍鎳的工藝在石墨基板表面均勻鍍上Ni-P合金來製備螺旋形炭纖維，所得的螺旋 形炭纖維具有單螺旋和雙螺旋兩種螺旋結構，產率高，該工藝簡單，過程易控制，適
合實現工業化。技術方案
一種螺旋形炭纖維的製備方法，其特徵在於具體步驟如下
(1) 將石墨基體表面打磨光滑，經除油、敏化、活化預處理後，在連續攪拌的條
件下進行化學鍍鎳，施鍍溫度80 90'C，施鍍時間20 60min，取出烘乾；
(2) 將鍍有Ni-P合金的上述石墨基板裝入陶瓷舟中，再放入石英管中，在氮氣保 護的條件下，對石英管進行加熱，採用控溫儀達到預定反應溫度600 80(TC後 保持恆定；
(3) 在上述溫度之下，導入載有噻吩的乙炔氣和氫氣，C2H2/H2=l/2~l/6，反應時 間1~3小時。
步驟(1)中的除油處理是在丙酮溶液中超聲波震蕩10 60min，然後烘乾。
步驟(1)中的敏化處理是在10 30g/L的SnCl2， 20~80ml/L的濃鹽酸溶液中超聲 波震蕩10 60min，水洗至中性烘乾。
步驟(1)中的活化處理是在0.2 1.0g/L的PdCl2， 5~20ml/L的濃鹽酸溶液中超聲 波震蕩10 60min，水洗至中性烘乾。
一種實現上述製備方法步驟l所用的化學鍍鎳液，其特徵在於配方如下硫酸鎳 20~40 g/L，檸檬酸鈉10~30 g/L，醋酸鈉10 30 g/L，次亞磷酸鈉20 40 g/L，硫脲 1 10mg/L，十二烷基苯磺酸鈉10~80mg/L。
一種製備化學鍍鎳液的配製方法，其特徵在於具體步驟如下
(1) 分別用去離子水溶解硫酸鎳、檸檬酸鈉、醋酸鈉和次亞磷酸鈉；硫脲和十二 烷基苯磺酸鈉用熱去離子水溶解；
(2) 將檸檬酸鈉和醋酸鈉溶液倒入燒杯中，在不斷攪拌下將硫酸鎳溶液倒入燒杯 中；(3)使用前加入次亞磷酸鈉、硫脲和十二烷基苯磺酸鈉溶液，最後稀釋到所需體
積，並用氨水或10Y。硫酸溶液調節pH4-6之間。 有益效果
本發明提出的螺旋形炭纖維的製備方法，採用化學鍍鎳的工藝在石墨基板表面均 勻鍍上Ni-P合金來製備螺旋形炭纖維，解決了上述分散不均的問題，所得的螺旋形炭 纖維具有單螺旋和雙螺旋兩種螺旋結構。本發明方法簡單、方便，易於操作，鍍層均 勻、緻密，顆粒分散性較好，催化活性高，製得的螺旋形炭纖維純度、產量高，可以 通過改變反應條件來控制螺旋形炭纖維的螺旋形貌。
圖l:為雙螺旋形炭纖維 圖2:為單螺旋炭纖維
具體實施例方式
現結合附圖對本發明作進一步描述 實施例1:
(1) 將打磨好的石墨塊在丙酮中進行超聲除油，30min後取出，用去離子水衝洗， 得到具有清潔石墨基體。
(2) 把經除油處理過的石墨基體放入到30g/L的SnCl2， 60ml/L濃鹽酸溶液中，室 溫超聲敏化30min，衝洗，再放到0.5g/L的PdCl2， 10ml/L濃鹽酸溶液中，室溫超聲 活化30min，衝洗烘乾。
(3) 按硫酸鎳25g，次亞磷酸鈉20g，醋酸鈉15g，檸檬酸鈉18g，十二烷基苯磺酸 鈉30mg，硫脲3mg,配製成鍍液1000ml， pH值用氨水或10%的硫酸溶液調節到約 5.0，溫度85°C，將處理過的石墨基體放入鍍液中，輔以磁力攪拌，施鍍時間30min，過濾，取出乾燥。
(4)將鍍有Ni-P合金的石墨基板裝入陶瓷舟中，再放入石英管中，通入保護氣氮 氣的條件下，對石英管進行加熱，採用控溫儀使到達預定溫度保持恆定，立刻導入載 有噻吩的乙炔氣和氫氣，反應溫度760。C， C2H2/H2=l/3，反應時間2小時。製備出 的是雙螺旋結構的炭纖維，純度高，產率大。
實施例2:
(1) 將打磨好的石墨塊在丙酮中進行超聲除油，60min後取出，用去離子水衝洗， 得到具有清潔石墨基體。
(2) 把經除油處理過的石墨基體放入到10g/L的SnCl2， 30ml/L濃鹽酸溶液中，室 溫超聲敏化50min，衝洗，再放到0.2g/L的PdCl2， 15ml/L濃鹽酸溶液中，室溫超聲 活化20min，衝洗烘乾。
(3) 按硫酸鎳40g，次亞磷酸鈉20g，醋酸鈉20g，檸檬酸鈉30g，十二烷基苯磺酸 鈉80mg，硫脲10mg，配製成鍍液1000ml， pH值用氨水或10%的硫酸溶液調節到約 4.5，溫度8(TC，將處理過的石墨基體放入鍍液中，輔以磁力攪拌，施鍍時間50min， 過濾，取出乾燥。
(4) 按例l相同的操作步驟，反應條件為氣體流量C2H2/H2=l/4，反應溫度650 °C，反應時間1.5小時，製備出單螺旋結構的炭纖維，純度高，產率大。
本實施例製備出的兩種螺旋結構的炭纖維，即單螺旋炭纖維和雙螺旋炭纖維。螺 旋管直徑為0.5-9pm，螺距為0.1-3)im，長度達到毫米級的螺旋形炭纖維。
權利要求
1. 一種螺旋形炭纖維的製備方法，其特徵在於具體步驟如下(1)將石墨基體表面打磨光滑，經除油、敏化、活化預處理後，在連續攪拌的條件下進行化學鍍鎳，施鍍溫度80～90℃，施鍍時間20～60min，取出烘乾；(2)將鍍有Ni-P合金的上述石墨基板裝入陶瓷舟中，再放入石英管中，在氮氣保護的條件下，對石英管進行加熱，採用控溫儀達到預定反應溫度600～800℃後保持恆定；(3)在上述溫度之下，導入載有噻吩的乙炔氣和氫氣，C2H2/H2＝1/2～1/6，反應時間1～3小時。
2. 根據權利要求1所述的螺旋形炭纖維的製備方法，其特徵在於步驟(1)中的除 油處理是在丙酮溶液中超聲波震蕩10 60min，然後烘乾。
3. 根據權利要求1所述的螺旋形炭纖維的製備方法，其特徵在於步驟(1)中的敏 化處理是在10 30g/L的SnCl2， 20~80ml/L的濃鹽酸溶液中超聲波震蕩10 60min， 水洗至中性烘乾。
4. 根據權利要求1所述的螺旋形炭纖維的製備方法，其特徵在於步驟(1)中的活 化處理是在0.2~1.0g/L的PdCl2, 5~20ml/L的濃鹽酸溶液中超聲波震蕩10 60min， 水洗至中性烘乾。
5. —種實現權利要求1所述的製備方法步驟1所用的化學鍍鎳液，其特徵在於配方 如下硫酸鎳20~40 g/L，檸檬酸鈉10 30 g/L，醋酸鈉10~30 g/L，次亞磷酸鈉20~40 g/L，硫脲l~10mg/L，十二垸基苯磺酸鈉10~80mg/L。
6. —種製備權利要求5所述的化學鍍鎳液的配製方法，其特徵在於具體步驟如下 (1)分別用去離子水溶解硫酸鎳、檸檬酸鈉、醋酸鈉和次亞磷酸鈉；硫脲和十二垸基苯磺酸鈉用熱去離子水溶解； (2) 將檸檬酸鈉和醋酸鈉溶液倒入燒杯中，在不斷攪拌下將硫酸鎳溶液倒入燒杯 中；(3) 使用前加入次亞磷酸鈉、硫脲和十二烷基苯磺酸鈉溶液，最後稀釋到所需體積，並用氨水或10%硫酸溶液調節pH 4~6之間。
全文摘要
本發明涉及一種螺旋形炭纖維的製備方法，其特徵在於以石墨為基體，通過對其進行除油、敏化、活化處理，採用化學鍍工藝在石墨表面形成均勻鎳磷合金層，此層作為催化劑，在含S化合物作用下，N2作為載氣，控制反應氣體流量C2H2/H2＝1/2-1/6，反應溫度600-800℃，反應時間1-3小時，製備出具有兩種螺旋結構的炭纖維，即單螺旋炭纖維和雙螺旋炭纖維。螺旋管直徑為0.5-9μm，螺距為0.1-3μm，長度達到毫米級的螺旋形炭纖維。本方法簡單、方便，易於操作，鍍層均勻、緻密，顆粒分散性較好，催化活性高，製得的螺旋形炭纖維純度、產量高，可以通過改變反應條件來控制螺旋形炭纖維的螺旋形貌。
文檔編號D01F9/12GK101451278SQ20071018845
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月3日 優先權日2007年12月3日
發明者吳海維, 寇開昌, 張教強, 輝 畢, 王志超, 王昭娣 申請人:西北工業大學