一种多孔炭纤维材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110004522A(43)申请公布日2019.07.12(21)申请号201910268603.2(22)申请日2019.04.04(71)申请人常熟理工学院地址215500江苏省苏州市常熟市南三环路99号(72)发明人戴军于帮龙杨莉张尧成(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人滕诣迪(51)Int.Cl.D01F9/16(2006.01)D01F11/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种多孔炭纤维材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种多孔炭纤维材料的制备方法，通过采用草本茎纤维为基本原料，在惰性气氛中炭化得到多孔炭纤维，同时通过氯化钠溶液对草本茎纤维浸泡，使碳纤维材料韧性增加，所得的碳纤维材料置入装有加热油并充入惰性气氛的高压罐中浸泡，然后将加热油以6-10℃/min的升温速率升温到150℃-230℃，恒温1-3h，同时高压罐旋转；将步骤S3所得的碳纤维材料取出后置入高温炉中，在惰性气氛保护下以8-14℃/min的升温速率升温到750℃-880℃，然后恒温3-5h进行活化刻蚀，在加热的1/3和2/3时间节点向碳纤维材料喷射高压水蒸气，使碳纤维材料形成更多孔隙，避免使用化工原料制作成基本纤维原料，减少了化工原料的使用，节约了能源，避免了环境污染。CN110004522ACN110004522A权利要求书1/1页1.一种多孔炭纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将草本茎纤维洗净后用氯化钠溶液浸泡6-8h；步骤S2：将浸泡过氯化钠溶液的草本茎纤维迅速转移至炭化炉中，在惰性气氛保护下以4-6℃/min的升温速率升温到680℃-880℃，然后恒温6.5-7h进行炭化，得到碳纤维材料；步骤S3：将步骤S2所得的碳纤维材料置入装有加热油并充入惰性气氛的高压罐中浸泡，然后将加热油以6-10℃/min的升温速率升温到150℃-230℃，恒温1-3h，同时高压罐旋转；步骤S4：将步骤S3所得的碳纤维材料取出后置入高温炉中，在惰性气氛保护下以8-14℃/min的升温速率升温到750℃-880℃，然后恒温3-5h进行活化刻蚀；步骤S5：刻蚀产物经60-90℃的水洗涤至中性，得到多孔炭纤维材料。2.如权利要求1所述的一种多孔炭纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中氯化钠溶液饱和度为78％-85％，氯化钠溶液温度为60℃-75℃。3.如权利要求1所述的一种多孔炭纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中采用微波场加热，在加热的1/3和2/3时间节点向碳纤维材料喷射高压水蒸气。4.如权利要求3所述的一种多孔炭纤维材料的制备方法，其特征在于，所述高压水蒸气温度为100-160℃，高压水蒸气喷射时间为10-30min。5.如权利要求1所述的一种多孔炭纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤S2、S4中的惰性气氛为氮气或氦气。6.一种用于制备多孔炭纤维材料的高压罐，其特征在于，包括罐体(10)和内胆(11)，罐体(10)上端密封设置罐盖(12)，内胆(11)底部与罐体(10)底部通过转轴(13)连接且密封设置，内胆(11)顶端与罐体(10)侧壁通过轴承(14)连接且密封设置，轴承(14)外环与罐体(10)内壁固定连接，轴承(14)内环与内胆(11)外壁固定连接。7.如权利要求6所述的一种用于制备多孔炭纤维材料的高压罐，其特征在于，内胆(11)与罐体(10)之间形成空腔(15)，内胆(11)内壁设置喷嘴(16)，喷嘴(16)朝向内胆(11)中心方向设置，喷嘴(16)与空腔(15)导通，罐体(10)底部设置进气管(17)，进气管(17)连接惰性气罐，进气管(17)与空腔(15)导通，罐盖(12)上设置泄压阀(18)。8.如权利要求7所述的一种用于制备多孔炭纤维材料的高压罐，其特征在于，喷嘴(16)喷射方向与喷嘴(16)所在直径之间设置角度，喷嘴(16)倾斜方向一致。9.如权利要求8所述的一种用于制备多孔炭纤维材料的高压罐，其特征在于，转轴(13)向内胆(11)内部延伸，伸入内胆(11)的转轴(13)侧面设置扇叶(19)，喷嘴(16)朝扇叶(19)方向喷射。10.如权利要求6所述的一种用于制备多孔炭纤维材料的高压罐，其特征在于，罐体(10)上端开口处均匀设置若干底座(20)，每个底座(20)上均铰接设置锁定杆(21)，锁定杆(21)转动后可卡在罐盖(12)上，锁定杆(21)靠近底座(20)一端的外侧设置驱动杆(22)，罐体(10)侧壁对应驱动杆(22)底端设置伸缩杆(23)，驱动杆(22)底端设置长条孔(24)，伸缩杆(23)的伸缩端与长条孔(24)铰接；锁定杆(21)顶端朝向罐盖(1