本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋯是一種特殊的過(guò)渡金屬氧化物，它具有高的熔點(diǎn)(2715℃)、低的導(dǎo)熱系數(shù)和飽和蒸汽壓，是一種十分重要的結(jié)構(gòu)和功能材料。以氧化鋯為主要成分的材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和高溫穩(wěn)定性，可以用作陶瓷涂層和高溫元件，尤其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用具有非常顯著的優(yōu)越性。它還具有高的化學(xué)穩(wěn)定性、離子交換性能及耐酸堿腐蝕性能，使得其在高溫燃料電池、吸附、分離技術(shù)、氧傳感器方面有很重要的應(yīng)用價(jià)值。作為一種p型半導(dǎo)體，它的表面擁有豐富的氧空位。同時(shí)，它的表面具有酸性和堿性，兼有氧化和還原能力，在催化加氫、聚合和氧化反應(yīng)的催化及超強(qiáng)酸催化劑方面具有較大的潛力，制備而成的催化劑具有很好的選擇性和活性。
纖維由于具有較強(qiáng)的自支撐能力，再加工和復(fù)合性能優(yōu)越，同時(shí)具有較大的比表面積，重復(fù)使用性能好，更有利于其在分離、吸附、催化等領(lǐng)域中的應(yīng)用，從而引起了人們廣泛且深入的研究。lixu等人利用聚丙烯中空纖維作為模板，將其在鋯溶膠中浸漬，然后將載有鋯溶膠涂層的聚丙烯中空纖維在空氣中焙燒，得到了具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化鋯中空纖維膜(zirconiahollowfiber：preparation，characterization，andmicroextractionapplication，l.xu，h.k.lee，anal.chem.2007，79(14)，p5241-5248)。但這種中空纖維膜的形狀取決于所采用的中空纖維模板，制備過(guò)程復(fù)雜，得到的纖維膜長(zhǎng)度不大，制備成本也比較高。
為此，有必要針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料及其制備方法，其能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)將碳纖維預(yù)制體在真空高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行熱處理，以去除碳纖維表面雜質(zhì)；
(2)將經(jīng)步驟(1)處理過(guò)的碳纖維加入雙氧水中，于20～30℃水浴條件下磁力攪拌10～20h，抽濾，水洗至ph為6.8～7.2，烘干，獲得改性后的碳纖維；
(3)將上述改性后的碳纖維加入無(wú)水甲苯中，在氮?dú)鈿夥障录尤胗袡C(jī)鋯鹽，調(diào)節(jié)ph為5～8，在60～80℃水浴條件下回流5～8h，冷卻，抽濾，依次采用無(wú)水甲苯、無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，烘干，獲得改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料。
優(yōu)選的，步驟(3)中，所述有機(jī)鋯鹽選自正丙醇鋯鹽、丁醇鋯鹽、檸檬酸鋯鹽中的一種。
優(yōu)選的，所述有機(jī)鋯鹽的質(zhì)量百分比濃度為65～75wt％。
優(yōu)選的，步驟(1)中，所述碳纖維預(yù)制體選自短切碳纖維、碳?xì)?、碳布或碳纖維編制體中的一種。
優(yōu)選的，步驟(1)中，所述真空高溫?zé)Y(jié)爐中熱處理溫度為1000～1600℃。
優(yōu)選的，步驟(2)中，所述雙氧水的質(zhì)量百分比濃度為20～35wt％。
本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種根據(jù)上述的制備方法得到的改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料，所述的改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料的重量百分比組成為：氧化鋯80～95％，碳纖維5～20％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，通過(guò)加入氧化改性后的碳纖維，使得本發(fā)明制得的復(fù)合材料具有良好的吸附性能。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過(guò)下列實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明：根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
本發(fā)明公開(kāi)一種改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)將碳纖維預(yù)制體在真空高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行熱處理，以去除碳纖維表面雜質(zhì)；
(2)將經(jīng)步驟(1)處理過(guò)的碳纖維加入雙氧水中，于20～30℃水浴條件下磁力攪拌10～20h，抽濾，水洗至ph為6.8～7.2，烘干，獲得改性后的碳纖維；
(3)將上述改性后的碳纖維加入無(wú)水甲苯中，在氮?dú)鈿夥障录尤胗袡C(jī)鋯鹽，調(diào)節(jié)ph為5～8，在60～80℃水浴條件下回流5～8h，冷卻，抽濾，依次采用無(wú)水甲苯、無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，烘干，獲得改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料。
上述步驟(3)中，所述有機(jī)鋯鹽選自正丙醇鋯鹽、丁醇鋯鹽、檸檬酸鋯鹽中的一種，所述有機(jī)鋯鹽的質(zhì)量百分比濃度為65～75wt％，優(yōu)選的，所述有機(jī)鋯鹽的質(zhì)量百分比濃度為70wt％。
上述步驟(1)中，所述碳纖維預(yù)制體選自短切碳纖維、碳?xì)?、碳布或碳纖維編制體中的一種；所述真空高溫?zé)Y(jié)爐中熱處理溫度為1000～1600℃，優(yōu)選的，所述真空高溫?zé)Y(jié)爐中熱處理溫度為1600℃。
上述步驟(2)中，所述雙氧水的質(zhì)量百分比濃度為20～35wt％，優(yōu)選的，所述雙氧水的質(zhì)量百分比濃度為30wt％。
實(shí)施例
改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)將碳纖維預(yù)制體在熱處理溫度為1600℃的真空高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行熱處理，以去除碳纖維表面雜質(zhì)；
(2)將經(jīng)步驟(1)處理過(guò)的碳纖維加入質(zhì)量百分比濃度為30wt％的雙氧水中，于30℃水浴條件下磁力攪拌16h，抽濾，水洗至ph為7.0，烘干，獲得改性后的碳纖維；
(3)將上述改性后的碳纖維加入無(wú)水甲苯中，在氮?dú)鈿夥障录尤胭|(zhì)量百分比濃度為70wt％的正丙醇鋯鹽，調(diào)節(jié)ph為7，在60℃水浴條件下回流6h，冷卻，抽濾，依次采用無(wú)水甲苯、無(wú)水乙醇和去離子水洗滌，烘干，獲得改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種根據(jù)上述的制備方法得到的改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料，所述的改性碳纖維-氧化鋯復(fù)合材料的重量百分比組成為：氧化鋯80～95％，碳纖維5～20％。
本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，通過(guò)加入氧化改性后的碳纖維，使得復(fù)合材料中的氧化鋯負(fù)載于碳纖維表面，對(duì)氟離子具有較好的吸附性能，因此，本發(fā)明中的復(fù)合材料在水處理去除氟方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
最后，還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。