專利名稱：三維納米結構纖維材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種纖維材料及制備方法，尤其是一種三維納米結構纖維材料及其制備方法。
背景技術：
納米結構通常是指0. I IOOnm的超微結構，是以納米尺度的物質單元為基礎，按一定規(guī)律構筑或營造一種新的體系，它包括一維的、二維的、三維的體系。這些物質單元包括納米微粒、穩(wěn)定的團簇或人造超原子、納米管、納米棒、納米絲以及納米尺寸的孔洞等。伽馬羥基氧化鋁(Y -A100H)、氫氧化鋁和氧化鋁的尺度在納米量級時，常被用作吸附劑、催化劑的載體和干燥劑；可是，當伽馬羥基氧化鋁、氫氧化鋁和氧化鋁為納米粉體時，卻因其極易團聚而使得吸附性能嚴重下降，導致了性能的劣化，極大地限制了性能的有效發(fā)揮。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種其上的伽馬羥基氧化鋁或氫氧化鋁不會發(fā)生團聚現象的三維納米結構纖維材料。本發(fā)明要解決的另一個技術問題為提供一種上述三維納米結構纖維材料的制備方法。為解決本發(fā)明的技術問題，所采用的技術方案為三維納米結構纖維材料包括聚合物纖維，特別是，所述聚合物纖維的表面復合有站立的納米片；所述納米片的片厚為5 80nm、片寬為20 300nm、片高為5 500nm，其由伽馬
羥基氧化鋁或氫氧化鋁或兩者的混合物構成；所述聚合物纖維的直徑為IOnm IOii m、長度彡lOOnm，其由醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚酰胺、聚甲基縮丁醛中的一種或兩種以上的混合物組成。為解決本發(fā)明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為上述三維納米結構纖維材料的制備方法采用水熱法，特別是完成步驟如下步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : I 10000的比例相混合后浸沒于濃度為0. 01 60wt%的堿性溶液中，得到混合溶液，再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為80 180°C下保溫6 96h，得到中間產物；步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁，再將其干燥，制得三維納米結構纖維材料。作為三維納米結構纖維材料的制備方法的進一步改進，所述的堿性溶液為氨水、尿素溶液、氫氧化鈉溶液、六次亞甲基四胺溶液、季銨鹽溶液中的一種或兩種以上的混合物；所述的洗滌掉中間產物中過量鋁的洗滌液為水；所述的將三維納米結構纖維材料置于無氧氣氛中，于200 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到纖維為碳質、納米片為氧化鋁的三維納米結構纖維材料；所述的將三維納米結構纖維材料置于乙醇或丙酮或甲酸或N，N 二甲基甲酰胺或空氣中，于400 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到氧化鋁納米片組成的管狀三維納米結構纖維材料。相對于現有技術的有益效果是，其一，對制得的目標產物分別使用掃描電鏡和X射線衍射儀進行表征，由其結果可知，目標產物為其表面復合有站立的納米片的纖維；其中，納米片的片厚為5 80nm、片寬為20 300nm、片高為5 500nm，其由伽馬羥基氧化鋁或氫氧化鋁或兩者的混合物構成，纖維為聚合物纖維，聚合物纖維的直徑為IOnm lOiim、長度> lOOnm，其由醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚酰胺、聚甲基縮丁醛中的一種或兩種以上的混合物組成。其二，這種基于復合在聚合物纖維表面上的、由伽馬羥基氧化鋁或氫氧化鋁或兩者的混合物構成的具有高分散性的納米片所形成的目標產物，可廣泛地用作吸附劑和催化劑的載體。其三，制備方法既制得了其上的伽馬羥基氧化鋁或氫氧化鋁不會發(fā)生團聚現象的目標產物，又有著工藝過程簡單，耗能少、時間短，適于大規(guī)模的工業(yè)化生產的優(yōu)點。
作為有益效果的進一步體現,一是堿性溶液優(yōu)選為氨水、尿素溶液、氫氧化鈉溶液、六次亞甲基四胺溶液、季銨鹽溶液中的一種或兩種以上的混合物，不僅使得原料的來源較為豐富，還使制備工藝更易實施且靈活便捷；二是洗滌掉中間產物中過量鋁的洗滌液優(yōu)選為水，既價廉，又物美；三是優(yōu)選將三維納米結構纖維材料置于無氧氣氛中，于200 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到纖維為碳質、納米片為氧化鋁的三維納米結構纖維材料，除使目標產物的性能更加穩(wěn)定之外，還拓展了其用途；四是優(yōu)選將三維納米結構纖維材料置于乙醇或丙酮或甲酸或N，N 二甲基甲酰胺或空氣中，于400 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到氧化鋁納米片組成的管狀三維納米結構纖維材料，不僅增大了目標產物的比表面積，還極大地改變了其使用的范圍。


下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。圖I是對制得的目標產物使用掃描電鏡(SEM)進行表征的結果之一。其中，圖Ia為低倍SEM照片，由其可看出，目標產物為眾多的纖維狀物；圖Ib為高倍SEM照片，由其可看出，目標產物為纖維狀物的表面復合有站立的納米片。圖2是分別對靜電紡聚丙烯腈纖維和制得的目標產物使用X射線衍射(XRD)儀進行表征的結果之一。XRD譜圖中的曲線a為靜電紡聚丙烯腈纖維的譜線，曲線b為由聚丙烯腈纖維的表面復合有伽馬羥基氧化鋁納米片構成的目標產物的譜線。圖3是對再處理后的目標產物使用掃描電鏡進行表征的結果之一。由其可看出，經處理過的目標產物中的纖維狀物已呈納米片組成的管狀。
具體實施例方式首先從市場購得或用常規(guī)方法制得金屬鋁，優(yōu)選為金屬鋁粉；作為聚合物纖維的醋酸纖維素纖維、二乙酸纖維素纖維、聚丙烯腈纖維、聚酰胺纖維、聚甲基縮丁醛纖維和上述纖維材料中的一種或兩種以上的混合物組成的纖維，纖維的直徑為IOnm 10 y m、長度> IOOnm ；作為堿性溶液的氨水、尿素溶液、氫氧化鈉溶液、六次亞甲基四胺溶液、季銨鹽溶液中的一種或兩種以上的混合物。接著，實施例I制備的具體步驟為步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : I的比例相混合后浸沒于濃度為0. Olwt %的堿性溶液中，得到混合溶液；其中，聚合物纖維為聚丙烯腈纖維，堿性溶液為六次亞甲基四胺溶液。再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為80°C下保溫96h，得到中間產物。步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁；其中，洗滌液為水。再將其干燥，制得近似于圖I所示，以及如圖2中的曲線b所示的三維納米結構纖維材料。實施例2 制備的具體步驟為步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : 2500的比例相混合后浸沒于濃度為0. Iwt %的堿性溶液中，得到混合溶液；其中，聚合物纖維為聚丙烯腈纖維，堿性溶液為六次亞甲基四胺溶液。再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為105°C下保溫72h，得到中間產物。步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁；其中，洗滌液為水。再將其干燥，制得近似于圖I所示，以及如圖2中的曲線b所示的三維納米結構纖維材料。實施例3制備的具體步驟為步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : 5000的比例相混合后浸沒于濃度為Iwt %的堿性溶液中，得到混合溶液；其中，聚合物纖維為聚丙烯腈纖維，堿性溶液為六次亞甲基四胺溶液。再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為130°C下保溫50h，得到中間產物。步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁；其中，洗滌液為水。再將其干燥，制得如圖I所示，以及如圖2中的曲線b所示的三維納米結構纖維材料。實施例4制備的具體步驟為步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : 7500的比例相混合后浸沒于濃度為30wt%的堿性溶液中，得到混合溶液；其中，聚合物纖維為聚丙烯腈纖維，堿性溶液為六次亞甲基四胺溶液。再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為155°C下保溫28h，得到中間產物。步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁；其中，洗滌液為水。再將其干燥，制得近似于圖I所示，以及如圖2中的曲線b所示的三維納米結構纖維材料。實施例5制備的具體步驟為步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : 10000的比例相混合后浸沒于濃度為60wt%的堿性溶液中，得到混合溶液；其中，聚合物纖維為聚丙烯腈纖維，堿性溶液為六次亞甲基四胺溶液。再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為180°C下保溫6h，得到中間產物。
步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁；其中，洗滌液為水。再將其干燥，制得近似于圖I所示，以及如圖2中的曲線b所示的三維納米結構纖維材料。再分別選用作為聚合物纖維的醋酸纖維素纖維，或二乙酸纖維素纖維，或聚丙烯腈纖維，或聚酰胺纖維，或聚甲基縮丁醛纖維，或上述纖維材料中的一種或兩種以上的混合物組成的纖維，纖維的直徑為IOnm 1011111、長度> IOOnm ;作為堿性溶液的氨水，或尿素溶液，或氫氧化鈉溶液，或六次亞甲基四胺溶液，或季銨鹽溶液中的一種或兩種以上的混合物；重復上述實施例I 5，同樣制得了如或近似于圖I所示，以及如或近似于圖2中的曲線b所示的三維納米結構纖維材料。若為得到性能更穩(wěn)定、用途更廣泛的三維納米結構纖維材料，可將三維納米結構 纖維材料置于無氧氣氛中，于200 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到纖維為碳質、納米片為氧化鋁的三維納米結構纖維材料；或者，將三維納米結構纖維材料置于乙醇或丙酮或甲酸或N，N 二甲基甲酰胺或空氣中，于400 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到如圖3所示的氧化鋁納米片組成的管狀三維納米結構纖維材料。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明的三維納米結構纖維材料及其制備方法進 行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種三維納米結構纖維材料，包括聚合物纖維，其特征在于 所述聚合物纖維的表面復合有站立的納米片； 所述納米片的片厚為5 80nm、片寬為20 300nm、片高為5 500nm，其由伽馬羥基氧化鋁或氫氧化鋁或兩者的混合物構成； 所述聚合物纖維的直徑為IOnm IOii m、長度> lOOnm，其由醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚酰胺、聚甲基縮丁醛中的一種或兩種以上的混合物組成。
2.—種權利要求I所述三維納米結構纖維材料的制備方法，采用水熱法，其特征在于完成步驟如下 步驟1，先將金屬鋁與聚合物纖維按照質量比為I : I 10000的比例相混合后浸沒于濃度為0. 01 60wt%的堿性溶液中，得到混合溶液，再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于溫度為80 180°C下保溫6 96h，得到中間產物； 步驟2，先洗滌掉中間產物中的過量鋁，再將其干燥，制得三維納米結構纖維材料。
3.根據權利要求2所述的三維納米結構纖維材料的制備方法，其特征是堿性溶液為氨水、尿素溶液、氫氧化鈉溶液、六次亞甲基四胺溶液、季銨鹽溶液中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據權利要求2所述的三維納米結構纖維材料的制備方法，其特征是洗滌掉中間產物中過量鋁的洗滌液為水。
5.根據權利要求2所述的三維納米結構纖維材料的制備方法，其特征是將三維納米結構纖維材料置于無氧氣氛中，于200 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到纖維為碳質、納米片為氧化鋁的三維納米結構纖維材料。
6.根據權利要求2所述的三維納米結構纖維材料的制備方法，其特征是將三維納米結構纖維材料置于乙醇或丙酮或甲酸或N，N 二甲基甲酰胺或空氣中，于400 1200°C下煅燒至少0. 5h，得到氧化鋁納米片組成的管狀三維納米結構纖維材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維納米結構纖維材料及其制備方法。材料為聚合物纖維表面復合有站立的納米片，其中，納米片的片厚為5～80nm、片寬為20～300nm、片高為5～500nm，其由伽馬羥基氧化鋁或氫氧化鋁或兩者的混合物構成，聚合物纖維的直徑為10nm～10μm、長度≥100nm，其由醋酸纖維素、二乙酸纖維素、聚丙烯腈、聚酰胺、聚甲基縮丁醛中的一種或兩種以上的混合物組成；方法為先將金屬鋁與聚合物纖維按質量比為1∶1～10000的比例混合后浸沒于濃度為0.01～60wt％的堿性溶液中，得混合溶液，再將混合溶液置于密閉狀態(tài)，于80～180℃下保溫6～96h，得中間產物，接著，先洗滌掉中間產物中的過量鋁，再將其干燥，制得三維納米結構纖維材料。它可廣泛地用作吸附劑和催化劑的載體。
文檔編號D06M101/34GK102747599SQ20111010718
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權日2011年4月21日
發(fā)明者何輝, 林永興, 田興友, 蔡偉平 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院