本發(fā)明涉及一種電紡絲方法制備多孔炭纖維制備以及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，具體涉及通過(guò)共混法制備紡絲液經(jīng)高溫處理得到炭纖維然后去掉模板制備多孔炭纖維的方法。
背景技術(shù)：
納米科學(xué)是二十一世紀(jì)的寵兒，在全球的研究熱浪中具有相關(guān)特殊結(jié)構(gòu)性能的納米器件成為其中翹楚，科研工作者致力于研究特殊性能的納米材料，在眾多的納米材料中，多孔碳纖維具有耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小、高電導(dǎo)率、高比表面積、高的比強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。多孔炭纖維因?yàn)槠渚哂休^大的比表面積和較好的力學(xué)性能脫穎而從近些年的研究趨勢(shì)來(lái)看，大多數(shù)電紡纖維的研究集中在使用不同種類(lèi)高分子的纖維作為制備原材料及其以此為基底的復(fù)合纖維的制備上。而相比其他原絲材料(人造絲纖維、瀝青基纖維)，聚丙烯腈纖維經(jīng)高溫處理后得到的多孔碳纖維綜合性能最好。靜電紡絲技術(shù)具有成本低廉，操作簡(jiǎn)便，沉積速率高，組分結(jié)構(gòu)容易控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，因?yàn)殡娂徏夹g(shù)的發(fā)展歷程較短，對(duì)電紡造成影響的因素有很多，需要進(jìn)一步的探索研究，充滿著許多具有挑戰(zhàn)性的課題，在其應(yīng)用方面更是缺乏系統(tǒng)的研究。例如摻雜材料對(duì)多孔炭纖維性質(zhì)的影響，功能無(wú)機(jī)復(fù)合納米多孔炭纖維在實(shí)際應(yīng)用中的研究，復(fù)合前后的對(duì)比，摻雜前后的對(duì)比及性能研究等等成為現(xiàn)在研究多孔炭纖維的主要研究課題。專(zhuān)利CN103806129A一種氮摻雜多孔碳纖維材料及其制備方法與應(yīng)用公開(kāi)了一種氮摻雜多孔碳纖維材料及其制備方法與應(yīng)用。其具體步驟：(1)將氮源和碳源溶解于水中；然后經(jīng)靜置沉淀和過(guò)濾得到所述氮源與所述碳源結(jié)合的前驅(qū)物；所述氮源為三聚氰胺或三聚氰酸；所述碳源為有機(jī)酸或有機(jī)胺；(2)將所述前驅(qū)物置于管式爐中進(jìn)行煅燒，即得多孔碳纖維。本發(fā)明提供的三聚氰胺在熱水溶液中能夠溶解與有機(jī)酸通過(guò)氨基與羧基之間的作用力和本身氫鍵作用力組裝在一起，通過(guò)冷卻處理，析出白色沉淀物，該白色物質(zhì)作為前驅(qū)體，過(guò)濾干燥后在惰性氣體條件下高溫煅燒，得到黑色的氮摻雜的多孔碳纖維材料。該材料合成條件溫和簡(jiǎn)便，原料價(jià)格低廉，具有高的比表面積和好的電化學(xué)性能。專(zhuān)利CN105463628A一種柔性多孔碳纖維的制備方法，其步驟如下：1)將直徑為0.1～2000微米的植物纖維素線洗凈、烘干；2)將步驟1)處理過(guò)的植物纖維素線在還原性氣氛中，于700～1500℃熱處理1～300min，即得柔性多孔的碳纖維。本發(fā)明無(wú)需使用催化劑或溶劑，簡(jiǎn)單易行，適于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，得到的柔性多孔碳纖維有很好的柔性，可以360度彎曲；其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很高的石墨化程度，在高分辨下能看到大量的晶格條紋；有很高的比表面積，比表面積最高可達(dá)1362m2/g。專(zhuān)利CN104342783A一種納米或納米多孔碳纖維束及其制備方法和應(yīng)用公開(kāi)了一種納米或納米多孔碳纖維束的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)將含有可紡高分子的溶液或熔融體通過(guò)靜電紡絲制備的原絲懸浮于液相承接屏中；(2)以5～60轉(zhuǎn)/分鐘的速度抽取所述液相承接屏中的原絲且將該原絲卷繞到取絲軸上得到連續(xù)的定向排列的原絲束；(3)將所述原絲束分段加熱炭化處理。該方法將靜電紡絲、連續(xù)拉絲以及加熱炭化結(jié)合在一起，不僅可以得到連續(xù)的納米或納米多孔碳纖維束，而且該方法制備得到的納米或納米多孔碳纖維束的直徑、長(zhǎng)度和微觀結(jié)構(gòu)可控，以及由該方法制備得到的納米或納米多孔碳纖維束在應(yīng)用于儲(chǔ)能器件領(lǐng)域中尤其是作為超級(jí)電容器的電極材料，展現(xiàn)了良好的電化學(xué)性能。專(zhuān)利CN103225135A多孔碳纖維及其制備方法與應(yīng)用公開(kāi)了一種多孔碳纖維及其制備方法。其步驟：將由造孔劑、高分子和有機(jī)溶劑組成的紡絲液進(jìn)行紡絲后碳化酸洗，得到所述多孔碳纖維。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：a)制備簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，成本低；b)通過(guò)該方法可以制備兼具微孔、介孔和大孔的多孔碳纖維；c)該碳纖維相比于其他方法制備的碳纖維具有柔性。
以上專(zhuān)利中，大部分專(zhuān)利利用造孔劑、高分子聚合物和有機(jī)溶劑組成紡絲液制備多孔碳纖維，未見(jiàn)有摻雜環(huán)糊精的紡絲液制備多孔碳纖維的專(zhuān)利。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：
1.將聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，用磁力攪拌器常溫下攪拌4h，制備成一系列的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10～20％的聚合物溶液，加入造孔劑，造孔劑的質(zhì)量是聚合物質(zhì)量的0～80％，然后再加入環(huán)糊精，環(huán)糊精的質(zhì)量是聚合物腈質(zhì)量的0～80％，在60℃恒溫加熱磁力攪拌4h后，室溫下攪拌16h，配置成均勻的電紡絲混合溶液；
2.將制得的紡絲液靜電紡絲，得到復(fù)合纖維原絲。紡絲結(jié)束6h后，將制備的纖維置于通風(fēng)處干燥24h；
3.將(2)步驟中干燥好的復(fù)合纖維原絲先在250℃空氣中預(yù)氧化，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)600～1000℃下高溫炭化，時(shí)間2h，即得到炭纖維，將炭纖維用鹽酸浸泡1h，再用清水浸泡1h，固液分離，在鼓風(fēng)干燥箱中100℃干燥12h，即得到多孔炭纖維。
為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例1：
1.將聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺溶劑中，用磁力攪拌器常溫下攪拌4h，制備成一系列的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％的聚丙烯腈溶液，加入醋酸鋅，醋酸鋅的質(zhì)量是聚丙烯腈質(zhì)量的67％，然后再加入環(huán)糊精，環(huán)糊精的質(zhì)量是聚丙烯腈質(zhì)量的40％，在60℃恒溫加熱磁力攪拌4h后，室溫下攪拌16h，配置成均勻的電紡絲混合溶液；
2.將制得的紡絲液靜電紡絲，得到復(fù)合纖維原絲。紡絲結(jié)束6h后，將制備的纖維置于通風(fēng)處干燥24h；
3.將(2)步驟中干燥好的復(fù)合纖維原絲先在250℃空氣中預(yù)氧化，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)900℃下高溫炭化，時(shí)間2h，即得到炭纖維，將炭纖維用鹽酸浸泡1h，再用清水浸泡1h，固液分離，在鼓風(fēng)干燥箱中100℃干燥12h，即得到多孔炭纖維。
實(shí)施例2：改變聚丙烯腈和N，N-二甲基甲酰胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，其他步驟同實(shí)施例1，得到多孔炭纖維。
實(shí)施例3：改變醋酸鋅的質(zhì)量是聚丙烯腈質(zhì)量百分比為50％，其他步驟同實(shí)施例1，得到多孔碳纖維。
實(shí)施例4：改變環(huán)糊精的質(zhì)量是聚丙烯腈質(zhì)量百分比為60％，其他步驟同實(shí)施例1，得到多孔炭纖維。