一種楊絮基炭纖維的製備方法與流程
2023-05-29 00:31:01
本發明涉及炭纖維技術領域，特別涉及一種楊絮基炭纖維的製備方法。
背景技術：
炭纖維材料具有一定的前瞻性和廣闊的應用前景。通常是以纖維形式存在，且具有較高的表面積，好耐腐蝕性，良好的導電導熱性能的一種新型材料。因此科研工作者一直在致力於炭纖維的研究，選用不同的原料以及不同方法已經成功製備了不同的炭纖維。
目前為止，炭纖維主要通過紡絲手段形成纖維形態，經煅燒後形成穩定的炭纖維材料。同時，在製備炭纖維過程中，不同製備前驅體也決定了炭纖維的性質。一般而言，聚合物製備的炭纖維相對比較穩定，然而，聚合物成本高，且對環境有一定的汙染。因此，既要同時選擇生物質材料又要控制炭纖維的形貌是一直具有挑戰性的研究課題。
楊絮屬於植物類花，是楊樹的種子。春天是其果實的成熟期，果實開裂後，種子藉助白絮在空中飄蕩，尋找合適的生長地點，這是楊樹繁殖後代的重要途徑。隨著樹齡的增長，毛白楊結實量增加，白絮極易隨風飄揚，因此形成了春天漫天飛楊絮的景觀。楊絮四處飛揚，大街上楊絮到處散播會造成環境汙染，合理處理楊絮且功能化是一個值得研究的問題。同時，楊絮由於其內部具有大量的纖維素，在顯微鏡下呈現纖維狀結構。因此，利用簡單、實用的方法合理的處理漫天的楊絮且高效的將其轉化為炭纖維有著重要的現實意義和應用價值。
韓國專利（kr20140092154）介紹了一種沉積pan纖維的方法製備炭纖維，涉及到炭纖維領域。通過將pan纖維進行沉析方法形成炭纖維紙，孔隙度大，提高了紙張增強性，且提高了紙張的彈性係數。此方法具有重要的研究意義，但相對製備條件複雜，成本較高，可控性較差。
韓國專利（kr20140006099）介紹了一種石油為前驅體製備丙烯酸纖維，涉及到炭纖維領域。選用石油作為前驅體，通過分離石油的組分製備出羥苯化合物、脂肪酸、丙烯酸等，從而製備不同化學物的炭纖維。此方法具有重要的研究意義，對石油進行了合理的轉化。然而，由於其相對製備條件複雜，成本較高，可控性較差，有待於選用低成本原料，製備條件簡單化的炭纖維。
日本專利（wo2003087470）介紹了一種炭纖維與多孔炭相結合的方法製備燃料電池。此方法設計到結合反應，通過製備二次混合結合提高燃料電池性能。該方法得到的燃料電池的性能效果好，但耗用成本較高，且會混合不均勻，需開發一種成本低，混合均勻且高效的方法。
公開號為cn1598141的中國專利介紹了一種炭纖維紙及其製法。採用將分散劑、一次粘結劑、炭纖維絲混合物放入水中，打漿形成懸浮液，用常規溼法抄紙技術將懸浮液進行抄紙，將成型紙在二次粘結劑溶液中浸漬，浸漬後的碳紙在乾燥，炭化。該發明具有製備工藝簡單、電阻率低、強度高、可實現工業化生產的優點，且此方法製備過程簡單、可循環使用。然而，對炭纖維的分散性與紙張的結合性以及比表面積等方法的突破仍有待於研究。
公開號cn102146641a的中國專利介紹了碳納米管植入法改性炭纖維紙的製造工藝。通過先分散製備好的或商業化的碳納米管，用酚醛樹脂溶液作粘接劑，把分散好的碳納米管均勻地塗覆在用傳統方法製備的炭紙表面，碳納米管就會被粘接到炭紙上，因為具有「釘扎作用」碳納米管會垂直於附著的炭紙表面，再炭化；最後還可以用化學氣相沉積的方法，通過沉積熱解炭把碳納米管牢固地固定在炭紙的表面。該發明可以大面積地、批量化地在炭紙表面植入碳納米管，該方法不僅成本低，操作簡單，而且可以顯著地增加碳納米管在炭紙表面的附著力，使得碳納米管不易剝落，而且不會帶入其它不利的元素。此方法需要塗覆、粘接再炭化的方式，使其不可控因素太多，有待於工藝簡單化。
公開號cn204097670u的中國專利介紹了一種微細旦植物炭纖維低碳環保針織織物。本實用新型屬於紡織產品技術領域，具體說是一種微細旦植物炭纖維低碳環保針織織物，以提花穿紗結合變化羅紋與變化平針的雙層複合組織進行織造，其中，變化羅紋組織採用微細旦咖啡炭滌綸長絲與微細旦腈綸/微細旦粘膠混紡紗交替編織，變化平針組織採用微細旦咖啡炭滌綸長絲與氨綸絲在針盤編織，從而編織成雙層複合組織。該實用新型通過原料的選擇和合理的組織結構以及織造工藝路線，面料效果甚佳，手感極富彈性，色澤亮麗，體感尤其舒適，與體表溫度一致時，舒適與溫馨同時體現。外觀光潔，少毛羽，品位高雅。並能夠吸附空氣中的異味，在煙氣、酒氣、臭氣交雜的場合面料幾乎不沾染氣味，應用前景廣闊。然而，此方法操作相對複雜，合成效率較低，重複性一般，需要考慮結合度等因素。有待於通過更簡單直接的製備方法開發一種炭纖維材料。
綜上所述，選用常見的漫天飛舞楊絮廢棄物為前驅體，經過簡單煅燒工藝製備炭纖維，簡單製備工藝，省時節能、高效易產業化備受關注。基於此，本發明提出了一種楊絮基炭纖維的製備方法，選用楊絮為前驅體，經過簡單的煅燒工藝，經不同溫度及時間的煅燒，簡單，高效的製備出楊絮基炭纖維。
技術實現要素：
本發明為了彌補現有技術的缺陷，提供了一種使用方便，靈活，高效的楊絮基炭纖維的製備方法。
本發明是通過如下技術方案實現的：
一種楊絮基炭纖維的製備方法，其特徵在於：以楊絮為前驅體，經預處理過程後，在氮氣保護下，高溫700~1000℃煅燒1~3h後一步法得到楊絮基炭纖維；所述預處理過程包括蒸煮，去雜，鹼活化和乾燥。
所述預處理過程包括100℃下蒸煮1~3h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為3%~5%koh溶液在常溫下浸漬2~4h，鹼活化過程使楊絮在保持纖維結構的同時提高了炭纖維的孔隙度；最後在50~100℃真空乾燥箱內乾燥1~3h。
更優的，所述預處理過程包括100℃下蒸煮3h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為4%koh溶液在常溫下浸漬4h；最後在80℃真空乾燥箱內乾燥2h。
更優的，煅燒溫度為900℃，時間為1h。
更優的，煅燒溫度為800℃，時間為2h。
本發明的有益效果是：該楊絮基炭纖維的製備方法，以天然楊絮為原料，原料豐富，節能減耗；在氮氣保護下經高溫煅燒過程快速，高效的形成穩定的炭纖維結構，合理利用了這一具有季節性的廢棄材料，且拓寬了生物質能源轉化為生物質基炭材料的應用；此外，煅燒方法是一種最簡單的形成炭材料的製備工藝，該方法可以簡單，可高效的將生物質轉化為炭材料。
附圖說明
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
附圖1為本發明楊絮基炭纖維的顯微鏡圖。
具體實施方式
為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖和實施例，對本發明進行詳細的說明。應當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
該楊絮基炭纖維的製備方法，以楊絮為前驅體，經預處理過程後，在氮氣保護下，高溫700~1000℃煅燒1~3h後一步法得到楊絮基炭纖維；所述預處理過程包括蒸煮，去雜，鹼活化和乾燥。得到的楊絮基炭纖維的顯微鏡圖如附圖1所示。
所述預處理過程包括100℃下蒸煮1~3h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為3%~5%koh溶液在常溫下浸漬2~4h，鹼活化過程使楊絮在保持纖維結構的同時提高了炭纖維的孔隙度；最後在50~100℃真空乾燥箱內乾燥1~3h。
在鹼活化後楊絮不但保持了原有的纖維結構，還提高了炭纖維的孔隙度，使得到的炭纖維的吸附能力更強，能夠吸附更多容量的染料以及水中的重金屬離子。
更優的，所述預處理過程包括100℃下蒸煮3h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為4%koh溶液在常溫下浸漬4h；最後在80℃真空乾燥箱內乾燥2h。
更優的，煅燒溫度為900℃，時間為1h。
更優的，煅燒溫度為800℃，時間為2h。
實施例1：
以楊絮為前驅體，100℃下蒸煮2.5h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為3%koh溶液在常溫下浸漬4h；最後在100℃真空乾燥箱內乾燥1h。在氮氣保護下，高溫700℃煅燒3h後一步法得到楊絮基炭纖維。
實施例2：
以楊絮為前驅體，100℃下蒸煮3h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為4%koh溶液在常溫下浸漬4h；最後在80℃真空乾燥箱內乾燥2h。在氮氣保護下，高溫800℃煅燒2h後一步法得到楊絮基炭纖維。
實施例3：
以楊絮為前驅體，100℃下蒸煮2h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為5%koh溶液在常溫下浸漬2h；最後在50℃真空乾燥箱內乾燥3h。在氮氣保護下，高溫900℃煅燒2h後一步法得到楊絮基炭纖維。
實施例4：
以楊絮為前驅體，100℃下蒸煮1h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為5%koh溶液在常溫下浸漬3h；最後在70℃真空乾燥箱內乾燥1.5h。在氮氣保護下，高溫800℃煅燒1h後一步法得到楊絮基炭纖維。
實施例5：
以楊絮為前驅體，100℃下蒸煮1.5h，並去除楊絮中的雜質；然後選用質量分數為4%koh溶液在常溫下浸漬2.5h；最後在60℃真空乾燥箱內乾燥3h。在氮氣保護下，高溫900℃煅燒1h後一步法得到楊絮基炭纖維。