一種晶須型碳粉及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶須型碳粉，它是由下述重量份的原料組成的：桉樹木粉100?120、馬來酸二丁酯0.3?0.5、陶土3?4、月桂基二甲基氧化胺0.5?1、氨基磺酸鎳0.3?1、苯酚50?60、磷酸0.6?1、烏洛托品0.03?0.05、15?17%的甲醛溶液17?20、木質(zhì)素2?3、氫氧化鈉0.1?0.18、氯化石蠟0.7?1、六鈦酸鉀晶須3?5、次氮基三乙酸0.2?0.7、硫酸鈣晶須1?2、亞硫酸氫鉀1?2、二甲基甲酰胺20?30。本發(fā)明的碳粉具有很好的表面強(qiáng)度和硬度，綜合性能優(yōu)越。
【專利說明】
一種晶須型碳粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及納米碳技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶須型碳粉及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]活性碳纖維具有直徑細(xì)小、微孔分布集中、快速吸附與脫附、能提供較大吸附容量以及高比表面積等特征，其孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)是決定其吸附、脫附性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。碳纖維經(jīng)過活化處理后，原有的纖維結(jié)構(gòu)被破壞，局部形成類石墨微晶，碳原子以亂層堆疊的類石墨微晶片層形式存在由于微晶片層各平行層堆積不規(guī)則，缺乏三維有序排列，呈亂層結(jié)構(gòu)，平均尺寸非常小，加上在炭化處理、活化處理工藝過程造成的各種缺陷，共同構(gòu)筑了活性碳纖維相互交聯(lián)的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);活性碳纖維具有強(qiáng)度較高、耐高溫、不宜粉化、加工成型性好等特點(diǎn)，可制成布、紙等不同的性狀，以及耐酸和堿腐燭、可再生、對環(huán)境友好的特性，自問世以來，已被廣泛的應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、電子生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等各種領(lǐng)域。
[0003]活性碳纖維是以高聚物為原料，經(jīng)高溫碳化和活化而制成的一種纖維狀高效吸附分離材料〃依據(jù)原料的不同，人們將活性碳纖維分為粘膠基、聚丙烯腈基、瀝青基、酚醛基等活性碳纖維，它們各有獨(dú)特之處〃粘膠纖維是最早被制備成活性碳纖維的主要原料，由于其價(jià)格低廉、資源豐富，制成產(chǎn)品性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本降低潛力較大"在相同碳化-活化時(shí)間下，活性碳纖維比其它原料的活性碳纖維容易獲得更大的比表面積和吸附容量，性能價(jià)格比高〃所以，粘膠基活性碳纖維也是至今為止被研究最多、應(yīng)用最廣泛的活性碳纖維之一；
目前國內(nèi)外報(bào)道的活性碳纖維大多為微孔型與中孔型活性碳纖維，很少有研究人員報(bào)道大孔洞活性碳纖維的研究進(jìn)展，本發(fā)明制備的碳纖維填補(bǔ)了這一空白，這種大孔洞活性碳纖維經(jīng)過進(jìn)一步改性后可被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在吸附病毒蛋白質(zhì)、肌酸酐、VB12的生物蛋白質(zhì)等發(fā)面具有很好的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種晶須型碳粉及其制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種晶須型碳粉，它是由下述重量份的原料組成的:
桉樹木粉100-120、馬來酸二丁酯0.3-0.5、陶土3_4、月桂基二甲基氧化胺0.5_1、氨基磺酸鎳0.3-1、苯酚50-60、磷酸0.6-1、烏洛托品0.03-0.05、15-17%的甲醛溶液17-20、木質(zhì)素2-3、氫氧化鈉0.1-0.18、氯化石錯(cuò)0.7-1、六鈦酸鉀晶須3-5、次氮基三乙酸0.2-0.7、硫酸鈣晶須1-2、亞硫酸氫鉀1-2、二甲基甲酰胺20-30。
[0006]—種所述的晶須型碳粉的制備方法，包括以下步驟:
(I)取上述苯酚重量的85-90%，與上述桉樹木粉混合，攪拌均勻，送入油浴中，加入磷酸，攪拌條件下緩慢升高油浴溫度，溫度達(dá)到160-165Γ時(shí)停止加熱，保溫?cái)嚢?-3小時(shí)，出料，冷卻至室溫，過濾除去濾液，得液化產(chǎn)物； (2)將上述陶土在600-700°C下煅燒2-3小時(shí)，冷卻至常溫，與亞硫酸氫鉀混合，加入到混合料重量2.6-3倍的去離子水中，在70-80°C下保溫?cái)嚢柚了?，磨成?xì)粉，得改性陶土；
(3)將上述硫酸鈣晶須、六鈦酸鉀晶須混合，加入到混合料重量10-13倍的去離子水中，攪拌均勻，依次加入上述液化產(chǎn)物、月桂基二甲基氧化胺、改性陶土，100-170轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0-30分鐘，過濾除去濾液，常溫干燥，得晶須液化產(chǎn)物；
(4)將上述次氮基三乙酸加入到其重量4-6倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入氯化石蠟，加熱到70-80°C，保溫備用；
(5 )將剩余的苯酚與上述15-17%的甲醛溶液混合，攪拌均勻，依次加入木質(zhì)素、氫氧化鈉，在90-95°C下攪拌反應(yīng)110-120分鐘，加入上述步驟(4)得到的保溫備用料，攪拌至常溫，得木質(zhì)素酚醛樹脂；
(6)將上述木質(zhì)素酚醛樹脂加入到二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為木質(zhì)素酚醛樹脂溶液；
(7)將上述晶須液化產(chǎn)物與烏洛托品混合，加入木質(zhì)素酚醛樹脂溶液、馬來酸二丁酯，攪拌均勻，送入到加熱罐中，以3-4°(:/1^11的速率逐漸升高溫度，至溫度為165-170°(:，保溫?cái)嚢?6-20分鐘，加入上述氨基磺酸鎳，攪拌均勻，得紡絲液;降低紡絲液溫度，進(jìn)行紡絲，得初始纖維；
(8)配制浸漬液:所述的浸漬液是由質(zhì)量比為1:3-4的濃度為18-19%的甲醛、濃度為15-16%的鹽酸混合組成;將上述初始纖維加入到浸漬液中，緩慢升高溫度為86-90°C，保溫120-130分鐘，取出、水洗，干燥，得碳纖維原絲；
(9)將上述碳纖維原絲放入到炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以3-4°C/min升高溫度為770-8000C，炭化70-80分鐘，取出冷卻，磨成細(xì)粉，即得。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明的反應(yīng)原理是:桉樹木粉在苯酚的存在下進(jìn)行酸性催化液化反應(yīng)，木材中的高分子物質(zhì)降解，苯酚與部分中間產(chǎn)物反應(yīng)生成了酚類物質(zhì)，纖維素中的葡萄糖單元通過開環(huán)后，可發(fā)生糖組分的裂解、脫氧和酚化等反應(yīng)，產(chǎn)生了多種酚類物質(zhì)，而木質(zhì)素發(fā)生降解反應(yīng)后生成了大量的酚類物質(zhì)。液化反應(yīng)生成的這些酚類物質(zhì)可以制備成熱塑性酚醛樹月旨，這種木質(zhì)基酚醛樹脂經(jīng)過熔融狀下紡絲后，再在甲醛和鹽酸的混合液體中進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)，最后進(jìn)行炭化工藝處理，可以制備出木材液化物碳纖維。
[0008]本發(fā)明的木材液化碳纖維在水蒸氣的環(huán)境中高溫活化，C-O易斷裂，破壞了碳纖維芳環(huán)二維平面網(wǎng)狀亂層類石墨結(jié)構(gòu)，形成含氧官能團(tuán)如羥基、醚基等，使活性碳纖維生成了較多的孔隙結(jié)構(gòu)使活性碳纖維吸附能力提高，本發(fā)明還加入了木質(zhì)素，與苯酚、甲醛混合反應(yīng)，使分子鏈段活動(dòng)性適當(dāng)提高，有利于大分子孔洞的形成，它的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)把形成的較大的小分子氣體球切割分裂成為均勻大小的更小的小球，限制了過大的孔洞形成，起到平均分布孔洞直徑的作用，能在樹脂體系中起到保護(hù)作用，從而提高了樹脂的熱穩(wěn)定性能，使得木質(zhì)素酚醛碳纖維內(nèi)部的孔洞均勻化、致密化。本發(fā)明的碳粉具有很好的表面強(qiáng)度和硬度，綜合性能優(yōu)越。
【具體實(shí)施方式】
[0009]—種晶須型碳粉，它是由下述重量份的原料組成的: 桉樹木粉100、馬來酸二丁酯0.3、陶土3、月桂基二甲基氧化胺0.5、氨基磺酸鎳0.3、苯酚50、磷酸0.6、烏洛托品0.03、15%的甲醛溶液17、木質(zhì)素2、氫氧化鈉0.1、氯化石蠟0.7、六鈦酸鉀晶須3、次氮基三乙酸0.2、硫酸鈣晶須1、亞硫酸氫鉀1、二甲基甲酰胺20。
[0010]一種所述的晶須型碳粉的制備方法，包括以下步驟:
(1)取上述苯酚重量的85%，與上述桉樹木粉混合，攪拌均勻，送入油浴中，加入磷酸，攪拌條件下緩慢升高油浴溫度，溫度達(dá)到160°C時(shí)停止加熱，保溫?cái)嚢?小時(shí)，出料，冷卻至室溫，過濾除去濾液，得液化產(chǎn)物；
(2)將上述陶土在600°C下煅燒2小時(shí)，冷卻至常溫，與亞硫酸氫鉀混合，加入到混合料重量2.6倍的去離子水中，在70°C下保溫?cái)嚢柚了?，磨成?xì)粉，得改性陶土；
(3)將上述硫酸鈣晶須、六鈦酸鉀晶須混合，加入到混合料重量10倍的去離子水中，攪拌均勻，依次加入上述液化產(chǎn)物、月桂基二甲基氧化胺、改性陶土，100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，過濾除去濾液，常溫干燥，得晶須液化產(chǎn)物；
(4)將上述次氮基三乙酸加入到其重量4倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入氯化石蠟，加熱到70°C，保溫備用；
(5 )將剩余的苯酚與上述15%的甲醛溶液混合，攪拌均勻，依次加入木質(zhì)素、氫氧化鈉，在90°C下攪拌反應(yīng)110分鐘，加入上述步驟(4)得到的保溫備用料，攪拌至常溫，得木質(zhì)素酚醛樹脂；
(6)將上述木質(zhì)素酚醛樹脂加入到二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為木質(zhì)素酚醛樹脂溶液；
(7)將上述晶須液化產(chǎn)物與烏洛托品混合，加入木質(zhì)素酚醛樹脂溶液、馬來酸二丁酯，攪拌均勻，送入到加熱罐中，以3°C/min的速率逐漸升高溫度，至溫度為165°C，保溫?cái)嚢?6分鐘，加入上述氨基磺酸鎳，攪拌均勻，得紡絲液;降低紡絲液溫度，進(jìn)行紡絲，得初始纖維；
(8)配制浸漬液:所述的浸漬液是由質(zhì)量比為1:3的濃度為18%的甲醛、濃度為15%的鹽酸混合組成;將上述初始纖維加入到浸漬液中，緩慢升高溫度為86°C，保溫120分鐘，取出、水洗，干燥，得碳纖維原絲；
(9)將上述碳纖維原絲放入到炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以:TC/min升高溫度為770°C，炭化70分鐘，取出冷卻，磨成細(xì)粉，即得。
[0011]性能測試:
比表面積為1161m2/g，平均孔容為0.842cm3/g，平均孔徑為18-20nm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種晶須型碳粉，其特征在于，它是由下述重量份的原料組成的: 桉樹木粉10-120、馬來酸二丁酯0.3-0.5、陶土3_4、月桂基二甲基氧化胺0.5-1、氨基磺酸鎳0.3-1、苯酚50-60、磷酸0.6-1、烏洛托品0.03-0.05、15-17%的甲醛溶液17-20、木質(zhì)素2-3、氫氧化鈉0.1-0.18、氯化石錯(cuò)0.7-1、六鈦酸鉀晶須3-5、次氮基三乙酸0.2-0.7、硫酸鈣晶須1-2、亞硫酸氫鉀1-2、二甲基甲酰胺20-30。2.—種如權(quán)利要求1所述的晶須型碳粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)取上述苯酚重量的85-90%，與上述桉樹木粉混合，攪拌均勻，送入油浴中，加入磷酸，攪拌條件下緩慢升高油浴溫度，溫度達(dá)到160-165Γ時(shí)停止加熱，保溫?cái)嚢?-3小時(shí)，出料，冷卻至室溫，過濾除去濾液，得液化產(chǎn)物； (2)將上述陶土在600-700°C下煅燒2-3小時(shí)，冷卻至常溫，與亞硫酸氫鉀混合，加入到混合料重量2.6-3倍的去離子水中，在70-80°C下保溫?cái)嚢柚了?，磨成?xì)粉，得改性陶土； (3)將上述硫酸鈣晶須、六鈦酸鉀晶須混合，加入到混合料重量10-13倍的去離子水中，攪拌均勻，依次加入上述液化產(chǎn)物、月桂基二甲基氧化胺、改性陶土，100-170轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0-30分鐘，過濾除去濾液，常溫干燥，得晶須液化產(chǎn)物； (4)將上述次氮基三乙酸加入到其重量4-6倍的無水乙醇中，攪拌均勻，加入氯化石蠟，加熱到70-80°C，保溫備用； (5)將剩余的苯酚與上述15-17%的甲醛溶液混合，攪拌均勻，依次加入木質(zhì)素、氫氧化鈉，在90-95°C下攪拌反應(yīng)110-120分鐘，加入上述步驟(4)得到的保溫備用料，攪拌至常溫，得木質(zhì)素酚醛樹脂； (6)將上述木質(zhì)素酚醛樹脂加入到二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為木質(zhì)素酚醛樹脂溶液； (7)將上述晶須液化產(chǎn)物與烏洛托品混合，加入木質(zhì)素酚醛樹脂溶液、馬來酸二丁酯，攪拌均勻，送入到加熱罐中，以3-4°(:/1^11的速率逐漸升高溫度，至溫度為165-170°(:，保溫?cái)嚢?6-20分鐘，加入上述氨基磺酸鎳，攪拌均勻，得紡絲液;降低紡絲液溫度，進(jìn)行紡絲，得初始纖維； (8)配制浸漬液:所述的浸漬液是由質(zhì)量比為1:3-4的濃度為18-19%的甲醛、濃度為15-16%的鹽酸混合組成;將上述初始纖維加入到浸漬液中，緩慢升高溫度為86-90°C，保溫120-130分鐘，取出、水洗，干燥，得碳纖維原絲； (9)將上述碳纖維原絲放入到炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以3-4°C/min升高溫度為770-8000C，炭化70-80分鐘，取出冷卻，磨成細(xì)粉，即得。
【文檔編號】C08G8/24GK105949413SQ201610317593
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】王建平
【申請人】安徽金葉碳素科技有限公司