專利名稱：一種用固態(tài)碳源制備納米碳纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米碳纖維的方法，原料使用固態(tài)碳源，通過 對(duì)固態(tài)碳源進(jìn)行預(yù)處理，與過渡金屬化合物催化劑前驅(qū)體復(fù)合以及炭化 處理得到納米碳纖維。
技術(shù)背景納米碳纖維是由多層石墨片巻曲而成的纖維狀納米碳材料，其直徑在lnm 100nm，長度在0.1 1000pm。納米碳纖維除了具有普通碳纖維 的特性外，還具有缺陷少、比表面積大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、結(jié)構(gòu)致密等優(yōu) 點(diǎn)?？蓮V泛用作催化劑載體、鋰離子二次電池負(fù)極材料、雙電層電容器 電極材料、高效吸附劑、分離劑、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料、場發(fā)射電子材料等。目前，人們已成功地制備出不同形貌的納米碳纖維，例如直線型、螺旋型、彎曲型等。納米碳纖維的制備方法主要有電弧放電法、化學(xué)氣相沉積法(簡稱CVD)、火焰法、靜電紡絲法等。電弧放電法是制備富 勒烯和納米碳管的常用方法，用于制備納米碳纖維存在收率低、可控性 差、產(chǎn)物純度低、難以大規(guī)模生產(chǎn)等缺點(diǎn)?；瘜W(xué)氣相沉積法是制備納米 碳纖維的常用方法，即以過渡族金屬Fe、 Co、 Ni等及它們的合金為催化 劑,以低碳烴(例如甲垸、乙炔、丙炔、苯、乙醇等)為碳源，氫氣為 載氣,在60(rC 120(TC下，通過碳元素沉積制備納米碳纖維。如Chai[S. P. Chaiet al, Synthesizing carbon nanotubes and carbon nanofibers over supported-nickel oxide catalysts via catalytic decomposition of methane ，Diamond and Related Materials 2007: 16: 1656-1664〗在SiO2基體 上噴灑Ni粉作催化劑,以甲烷為碳源，氫氣為載氣，550-700'C高溫條件 下反應(yīng)，得到直徑分布在50 80nm，長度1pm左右的納米碳纖維。CVD 制備方法所使用的碳源都是甲烷、乙烯、乙炔、丙烯、 一氧化碳、苯、 乙醇等氣態(tài)或液態(tài)的低碳烴，只有與納米催化劑粒子接觸的碳源才可以 轉(zhuǎn)化為纖維狀碳。該方法存在碳源轉(zhuǎn)化率低(一般小于20%)，催化劑 顆粒分布難以均勻，且產(chǎn)物中納米級(jí)纖維所占比例少，總是伴有炭黑、 無定型炭或納米碳管等副產(chǎn)物生成?；鹧娣ㄒ彩且环N制備納米碳纖維的 方法，它是利用氣態(tài)、液態(tài)碳?xì)浠衔镌诨鹧嫒紵龝r(shí)分解出碳元素,然后使之沉積在石英基板上獲得納米碳纖維。例如R. L. Vander Wal[R. L. Vander Wal et al, flame synthesis of Fe catalyzed single-walled carbon nanotubes and Ni catalyzed nanofibers: growth mechanisms and consequences, chem.phy.lett. 2001: 349:178-184]等人用擴(kuò)散火焰法以乙炔作反應(yīng)氣，氫氣/氦氣混合物作載氣，鎳為催化劑制備出碳納米纖維。這 種方法操作復(fù)雜，反應(yīng)條件苛刻，且有一定危險(xiǎn)性，很難獲得高純度的 目標(biāo)產(chǎn)物。靜電紡絲法是近年來報(bào)道的一種制備納米碳纖維的新方法。 該方法對(duì)聚合物溶液或熔體施加幾千伏的高壓靜電，帶電的聚合物液滴 在電場的作用力下被加速到電場力足夠大時(shí)會(huì)克服表面張力形成噴射細(xì) 流落在接受裝置上，形成類似布狀的纖維氈，纖維氈經(jīng)在空氣中25(TC、 20min左右的預(yù)氧化及在N2氛圍中850 'C的炭化得到納米碳纖維。Ko F 等[Ko F et al, Electrospinning of continuous carbon nanotube-filled nanofiber yarns, Jdv. M^w.2003:15 (14) : 1161-1165]用靜電紡絲法制備了直徑約為 50 400nm的聚丙烯腈(PAN)基納米碳纖維。該法目前處于實(shí)驗(yàn)室探 索階段，很多技術(shù)和設(shè)備問題尚未解決，此外存在設(shè)備要求高、投資費(fèi) 用高、紡絲液配制困難、操作過程復(fù)雜、耗時(shí)長等問題。因此，尋找一 種簡單可行、易于控制的制備納米碳纖維的方法是目前該方向研究開發(fā) 的重點(diǎn)之一。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種納米碳纖維的簡單、高效的制備方法，其 制備方法采用固態(tài)碳源經(jīng)過預(yù)處理并在過渡金屬催化劑前驅(qū)體作用下高 溫炭化得到納米碳纖維。本發(fā)明提出的制備方法步驟如下(1) 預(yù)處理碳源為固態(tài)碳源，固態(tài)碳源為石墨、炭黑或活性炭，碳源 的平均粒徑《100微米；將碳源用混酸處理方法或研磨處理方法進(jìn)行預(yù) 處理，得到預(yù)處理物；(2) 碳源與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合將預(yù)處理物與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù) 合得到復(fù)合物，金屬催化劑前驅(qū)體為過渡金屬的氯化物、硝酸鹽、醋酸鹽或茂基化合物，過渡金屬為Fe、 Co或Ni，在金屬催化劑前驅(qū)體中Fe、 Co或Ni原子與碳源的質(zhì)量百分比在10。％ 80。％;(3) 炭化處理將復(fù)合物在1000 160(TC氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行炭化反應(yīng)，保4溫0.5 5小時(shí)，降溫到室溫得到納米碳纖維。本發(fā)明方法采用的石墨碳源為人造石墨、天然石墨或膨脹石墨。本發(fā)明方法預(yù)處理的混酸處理方法是將碳源加入到體積比為3: 1的濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，在80'C溫度下加熱攪拌25 200小時(shí)， 經(jīng)過過濾、洗滌、烘干得到預(yù)處理物。本發(fā)明方法預(yù)處理的研磨處理方法是將碳源置于球磨機(jī)中，球磨 24 100小時(shí)，得到預(yù)處理物。本發(fā)明方法碳源與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合用原位添加法在用研磨處理方法預(yù)處理時(shí)加入金屬催化劑前驅(qū)體與碳源一并進(jìn)行研磨，得到復(fù) 合物。本發(fā)明方法碳源與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合用浸漬法將預(yù)處理產(chǎn)物 浸漬于溶有金屬催化劑前驅(qū)體的乙醇溶液中，再經(jīng)過干燥處理，得到復(fù) 合物。本發(fā)明方法碳源與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合用研磨法將金屬催化劑 前驅(qū)體與預(yù)處理物一起研磨得到復(fù)合物。本發(fā)明提供的制備方法是依據(jù)碳-金屬共融-析出的生長原理，反應(yīng) 的過程實(shí)際上是一個(gè)催化劑還原-納米纖維生長的過程。碳源的納米化和 高活性處理、金屬催化劑前驅(qū)體的選取及金屬與碳的互溶原則是本發(fā)明 的關(guān)鍵，金屬與碳的互溶性越好，反應(yīng)活性越高，固態(tài)碳源轉(zhuǎn)化為纖維 的收率越高。本發(fā)明使用固態(tài)碳源，原材料來源十分豐富、價(jià)格低廉。在制備過 程中對(duì)固態(tài)碳源預(yù)處理的目的在于使固態(tài)碳源顆粒細(xì)化，增加表面官能 團(tuán)和表面缺陷含量，提高與催化劑的反應(yīng)活性。預(yù)處理是采用混酸處理 或研磨處理的方法?；焖崽幚硎菍⒐虘B(tài)碳源加入到濃硫酸(例如質(zhì)量 濃度為98%的硫酸)與濃硝酸(例如質(zhì)量濃度67%的硝酸)按體積比3: l配制的混合液中，在連續(xù)機(jī)械攪拌、8(TC溫度下處理25 200小時(shí)。 混酸處理的目的不僅是使固態(tài)碳源適度氧化，而且使碳的片層間產(chǎn)生滑 動(dòng)，打亂層狀結(jié)構(gòu)，得到碳納米微晶(graphene)。本發(fā)明方法中的混酸 預(yù)處理時(shí)間對(duì)制備效果影響很大，混酸處理時(shí)間太短則達(dá)不到顆粒細(xì)化、 增加表面官能團(tuán)和缺陷的目的，造成難以生成最終目標(biāo)產(chǎn)物；酸化理時(shí) 間太長，則氧化程度太深，碳被氧化形成二氧化碳?xì)怏w逸出，造成最終目標(biāo)產(chǎn)物收率下降。
一般而言，對(duì)粒徑較小的固態(tài)碳源可以使用相對(duì)較 短的預(yù)處理時(shí)間，對(duì)粒徑較大的則需要較長時(shí)間。預(yù)處理研磨處理時(shí)， 如果固態(tài)碳源的平均粒度大，則需要的研磨時(shí)間長，反之則短。研磨處理時(shí)間太短則達(dá)不到顆粒細(xì)化、增加表面缺陷的目的；研磨處理時(shí)間太 長，經(jīng)濟(jì)上不合算。本發(fā)明使用的金屬催化劑前驅(qū)體為過渡金屬化合物，F(xiàn)e、 Co、 Ni 等的金屬無機(jī)化合物或有機(jī)金屬化合物，包括其氯化物、硝酸鹽、醋酸 鹽、茂基化合物等。這些都是市售化學(xué)品，是化學(xué)氣相沉積法是制備納 米碳纖維的常用的金屬催化劑前驅(qū)體。在將預(yù)處理物與金屬催化劑前驅(qū) 體混合得到的金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物中，F(xiàn)e、 Co、 Ni等金屬原 子的質(zhì)量占總重量的10% 80%。金屬催化劑前驅(qū)體的比例太低，反應(yīng) 體系中的催化活性點(diǎn)太少，即納米纖維生長的活性點(diǎn)太少，不利于大 量生長納米碳纖維；金屬催化劑前驅(qū)體的比例太高，還原金屬消耗的碳 太多，這些不當(dāng)消耗也不利于大量生長納米碳纖維；另外，金屬催化劑 前驅(qū)體添加比例太高，催化劑顆粒將很容易團(tuán)聚并且團(tuán)聚速度會(huì)急劇上 升而導(dǎo)致金屬催化劑的活性降低。本發(fā)明通過調(diào)整金屬催化劑前驅(qū)體的 用量比例控制碳源轉(zhuǎn)化率，固態(tài)碳源轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)到60%，而化學(xué)氣 相沉積法的碳源轉(zhuǎn)化率一般在20%左右。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)碳源與金屬催化劑前驅(qū)體的均勻混合，采用的 浸漬法和研磨法是公知的固-液或固-固混合技術(shù)。本發(fā)明方法中，炭化處理的炭化反應(yīng)是在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行的， 即將金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合產(chǎn)物置于高溫電阻爐中，在惰性氣體 保護(hù)下升溫到1000 1600°C，并在終溫保溫一段時(shí)間，再降低溫度到室 溫。依據(jù)碳-金屬共融-析出的生長原理，加熱和降溫過程對(duì)納米碳纖維 的生長起著一定的作用。在升溫過程中，金屬化合物首先被加熱分解為 金屬氧化物，同時(shí)被碳還原為具有催化活性的小顆粒，碳與金屬共熔融。 在降溫過程中，碳融入金屬顆粒并在活性晶面上以纖維的形式析出。本 發(fā)明使用的炭化溫度范圍是1000 1600°C。溫度太低，所提供的能量較 少，催化劑不能液化，沒有催化活性，終產(chǎn)物主要是碳材料和金屬顆粒 的復(fù)合材料，納米碳纖維收率低；溫度太高，催化劑顆粒將很容易團(tuán)聚， 并且團(tuán)聚速度會(huì)急劇上升而導(dǎo)致催化劑的活性降低，耗能大，對(duì)設(shè)備的用的保溫時(shí)間范圍是0.5 5小時(shí)。保溫時(shí)間太短，所 提供的能量較少，金屬化合物分解不完全，收率偏低；時(shí)間過長，除生 成納米碳纖維外，非催化無定型碳的生成量也相應(yīng)增多，目的產(chǎn)物純度 并沒有明顯提高，且耗時(shí)耗能，提高了制備成本。適宜的保溫時(shí)間為1 小時(shí)。本方法制備的納米碳纖維高度定向生長，并且表面光滑，截面呈 圓形，細(xì)而均勻，直徑視金屬催化劑前驅(qū)體的種類不同而不同， 一般分 布在20 200nm之間，長度分布在300nm 50pm。產(chǎn)品中纖維含量最多 可達(dá)60%。本制備方法具有碳源轉(zhuǎn)化率高、纖維選擇性高的特點(diǎn)。本發(fā)明方法與現(xiàn)有的氣、液態(tài)碳?xì)浠衔餅樘荚吹闹苽浞椒ㄏ啾龋?突破了使用小分子為碳源的常規(guī)路線，而采用純固體碳材料作為碳源， 碳源來源十分豐富，具有安全、廉價(jià)、簡單和碳源轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，易 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例使用混酸處理方法對(duì)碳源預(yù)處理，碳源與金屬催化劑前驅(qū) 體復(fù)合使用研磨法。取5g的人造石墨(平均粒徑20pm，碳含量》98%，灰分《0.01%) 和120ml體積比為3: 1的濃硫酸(質(zhì)量濃度98%，密度1.84g/cm3)與 濃硝酸(質(zhì)量濃度67%，密度1.42g/cm3)混合液相混合，置于三口燒瓶 中，在80'C下攪拌100小時(shí)，離心分離，用去離子水反復(fù)清洗固態(tài)物、 抽濾，直至濾液為中性。烘干后的濾渣為人造石墨預(yù)處理物。金屬催化 劑前驅(qū)體用六水合三氯化鐵(分析純、分子式FeCl3'6H20、相對(duì)于空氣 的密度5.61g/cm3、相對(duì)于水的密度2.90 g/cm3)。稱取0.50g人造石墨 預(yù)處理物與2.48g六水合三氯化鐵研磨均勻得到金屬催化劑前驅(qū)體與碳 源復(fù)合物，在此復(fù)合物中，鐵原子的質(zhì)量占總質(zhì)量的50%。將復(fù)合物置 于石墨柑堝一并送入臥式高溫電阻爐中，將高溫爐系統(tǒng)抽真空并充入純 度99%的氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至炭化溫度1500°C，升溫速率維持 5°C/min，在150(TC下保溫1小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，最后得到納米 碳纖維，碳源轉(zhuǎn)化率為60%。經(jīng)X射線衍射證實(shí)，得到的納米碳纖維具 有類石墨結(jié)構(gòu)。納米碳纖維的結(jié)晶度好，碳(002)晶面對(duì)應(yīng)的衍射峰位置 20=26.321°略大于石墨特征峰。層間距d(002)= 0.33832nm，略小于理想石墨d(002)面間距。經(jīng)掃描電子顯微鏡測試分析，發(fā)現(xiàn)納米碳纖維呈發(fā) 散狀，高度定向生長并且普遍自組裝成束，表面光滑，截面呈圓形，細(xì) 而均勻，直徑在30nm左右，長度分布在10 50jam,纖維含量為60%。 實(shí)施例2操作方法同實(shí)施例1，碳源改用天然石墨粉(平均粒徑100pm，碳含 量》95%，灰分50.05%)，維持其余條件不變，最終得到直徑分布在30 50nm、長度分布在1 10pm的納米碳纖維。 實(shí)施例3操作方法同實(shí)施例l，碳源改用膨脹石墨粉(平均粒徑為20nm，膨 脹倍率為10倍)，維持其余條件不變，最終得到直徑分布在30 50pm、 長度分布在2 40pm的納米碳纖維。 實(shí)施例4操作方法同實(shí)施例1，碳源改用膨脹石墨粉(平均粒徑為100pm，膨 脹倍率為60倍)，維持其余條件不變，最終得到直徑在30nm左右、長度 分布在1 5nm的納米碳纖維。 實(shí)施例5操作方法同實(shí)施例1，碳源改用膨脹石墨粉(平均粒徑為100pm，膨 脹倍率為85倍)，維持其余條件不變，最終得到直徑分布在30 50nm、 長度分布在1 5pm的納米碳纖維。 實(shí)施例6操作方法同實(shí)施例1，碳源改用炭黑(平均粒徑為40nm，碳含量^ 99%，灰分《0.03%)，維持其余條件不變，最終得到直徑分布在20 100nm、長度分布在300nm lpm的納米碳纖維。 實(shí)施例7操作方法同實(shí)施例1，將碳源改用活性炭(平均粒徑為50pm，碳含量 >95%，灰分《0.05%)，維持其余條件不變，最終得到直徑分布在20 100nm、長度分布在300nm lpm的納米碳纖維。 實(shí)施例8操作方法同實(shí)施例l，混酸處理時(shí)間由100小時(shí)減少為25小時(shí)，維 持其余條件不變，最終得到直徑在30nm左右，長度分布在l 20pm的 納米碳纖維。8實(shí)施例9操作方法同實(shí)施例1，混酸處理時(shí)間由100小時(shí)增加至200小時(shí)，維 持其余條件不變，最終得到直徑分布在30 50nm、長度分布在5 20pm 的納米碳纖維。 實(shí)施例10操作方法同實(shí)施例l，將金屬催化劑前驅(qū)體添加量改為0.44g，即在 鐵金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物中，鐵原子的質(zhì)量占總質(zhì)量的10%， 維持其余條件不變，最終得到直徑分布在30 50nm，長度分布在2 40pm 的納米碳纖維。 實(shí)施例11操作方法同實(shí)施例l，將金屬催化劑前驅(qū)體添加量改為5.14g，即在 鐵金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物中，鐵原子的質(zhì)量占總質(zhì)量的80%， 維持其余條件不變，最終得到直徑分布在30 50nm，長度范圍為2 4(^m 的納米碳纖維。 實(shí)施例12操作方法同實(shí)施例1，將金屬催化劑前驅(qū)體改用2.13g九水合硝酸鎳 (分析純、分子式Ni(N03)3'9H20、相對(duì)于水的密度2.05 g/cm3)。結(jié)果 表明制備的納米碳纖維的C(002)面對(duì)應(yīng)的衍射峰位置為20=26.240°， d(002)= 0.33934nm;納米碳纖維呈輻射狀生長，表面光滑，截面呈規(guī)則 六邊形，直徑分布在50 200nm，長度分布在2 40pm。 實(shí)施例13操作方法同實(shí)施例12，將金屬催化劑前驅(qū)體添加量改為0.77g，即在 鎳金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物中，鎳金屬原子的質(zhì)量占總質(zhì)量的 18%，維持其余條件不變，最終得到的直徑分布在50 200nm，長度分布 在2 40nm的納米碳纖維。 實(shí)施例14操作方法同實(shí)施例12，將金屬催化劑前驅(qū)體添加量改為9.86g，即在 鎳金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物中，鎳金屬原子的質(zhì)量占總質(zhì)量的 80%，維持其余條件不變，最終得到直徑分布在50 200nm，長度分布在 2 40pm的納米碳纖維。 實(shí)施例15操作方法同實(shí)施例1，將金屬催化劑前驅(qū)體改用2.47g九水合硝酸鈷 (分析純、分子式Co(N03)2*9H20、相對(duì)于水的密度1.87 g/cm3)。此時(shí)， 在鈷金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物中，鈷金屬原子的質(zhì)量占總質(zhì)量的 50%，維持其余條件不變，最終得到平均直徑50nm，長度分布在1 10pm 的納米碳纖維。 實(shí)施例16碳源與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合用原位添加法。稱取0.50g的人造石墨 (平均粒徑20nm，碳含量>98%，灰分《0.01%)與2.48g六水合三氯化 鐵置于球磨機(jī)專用的瑪瑙罐中，設(shè)定球磨時(shí)間24小時(shí)，球磨終了取出即 可得到金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合物。炭化反應(yīng)條件同實(shí)施例1，最終 得到直徑分布在30 50nm，長度分布在l 5|im的納米碳纖維。 實(shí)施例17操作方法同實(shí)施例16,球磨時(shí)間由24小時(shí)延長至100小時(shí)，維持其 余條件不變。最終得到直徑分布在30 50nm，長度分布在l 5pm的納 米碳纖維。 實(shí)施例18金屬催化劑前驅(qū)體與碳源復(fù)合方法與實(shí)施例1不同，金屬催化劑前 驅(qū)體的復(fù)合方法由研磨法換為浸漬法，其余預(yù)處理、炭化反應(yīng)的操作方 法同實(shí)施例1。取100ml乙醇溶液(分子式C2H5OH、濃度78%、相 對(duì)于水的密度0.79 g/cm3)倒入燒杯中，稱量2.84g六水合三氯化鐵溶 解于乙醇中，再將0.5g天然石墨(平均粒徑100pm，碳含量》95%，灰 分^).05%)預(yù)處理物浸漬于上述溶液中，靜置24小時(shí)，而后直接烘干乙 醇溶液，得到復(fù)合物。其余炭化反應(yīng)操作條件與實(shí)施例1相同，最終得 到直徑分布在30 50nm，長度分布在2 10pm的納米碳纖維。 實(shí)施例19操作方法同實(shí)施例l，炭化溫度由1500'C改為1000°C，維持其余條 件不變。最終得到納米碳纖維。 實(shí)施例20操作方法同實(shí)施例16，炭化溫度由150(TC改為IOO(TC，維持其余條 件不變。最終得到直徑分布在30 50nm，長度分布在1 5pm的少量納 米碳纖維。實(shí)施例21操作方法同實(shí)施例l，炭化溫度由1500'C改為1600°C，維持其余條 件不變。最終得到平均直徑30nm，長度分布在l 5pm的納米碳纖維， 產(chǎn)品中纖維含量為40%。 實(shí)施例22操作方法同實(shí)施例1，炭化保溫時(shí)間由1小時(shí)改為0.5小時(shí)，維持其 余條件不變。制備得到平均直徑30nm，長度分布在1 40pm左右的納米 碳纖維。 實(shí)施例23操作方法同實(shí)施例1，炭化保溫時(shí)間由1小時(shí)改為5小時(shí)，維持其余 條件不變。制備得到平均直徑50nm，長度分布在10 50pm左右的納米 碳纖維。
權(quán)利要求
1. 一種制備納米碳纖維的方法，碳源經(jīng)過預(yù)處理、與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合以及炭化處理得到納米碳纖維，其特征在于(1)預(yù)處理碳源為固態(tài)碳源，固態(tài)碳源為石墨、炭黑或活性炭，碳源的平均粒徑≤100微米，將碳源用混酸處理方法或研磨處理方法進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理物；(2)碳源與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合將預(yù)處理物與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合得到復(fù)合物，金屬催化劑前驅(qū)體為過渡金屬的氯化物、硝酸鹽、醋酸鹽或茂基化合物，過渡金屬為Fe、Co或Ni，在金屬催化劑前驅(qū)體中Fe、Co或Ni原子與碳源的質(zhì)量百分比在10％～80％；(3)炭化處理將復(fù)合物在1000～1600℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行炭化反應(yīng)，保溫0.5～5小時(shí)，降溫到室溫得到納米碳纖維。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于石墨為人造石墨、天然石 墨或膨脹石墨。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于預(yù)處理的混酸處理方法是將碳源加入到體積比為3: 1的濃硫酸與濃硝酸的混合溶液中，在8(TC溫 度下加熱攪拌25 200小時(shí)，經(jīng)過過濾、洗滌、烘干得到預(yù)處理物。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于預(yù)處理的研磨處理方法是 將碳源置于球磨機(jī)中，球磨24 100小時(shí)，得到預(yù)處理物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于碳源與金屬催化劑前驅(qū)體 復(fù)合用原位添加法在用研磨處理方法預(yù)處理時(shí)加入金屬催化劑前驅(qū)體與碳源一并進(jìn)行研磨，得到復(fù)合物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于碳源與金屬催化劑前驅(qū)體 復(fù)合用浸漬法將預(yù)處理物浸漬于溶有金屬催化劑前驅(qū)體的乙醇溶液中， 再經(jīng)過干燥處理，得到復(fù)合物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于碳源與金屬催化劑前驅(qū)體 復(fù)合用研磨法將金屬催化劑前驅(qū)體與預(yù)處理物一起研磨得到復(fù)合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米碳纖維的方法，以固態(tài)碳源為碳源，固態(tài)碳源為石墨、炭黑或活性炭，碳源的平均粒徑≤100微米；將碳源經(jīng)過混酸處理方法或研磨處理方法進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過與金屬催化劑前驅(qū)體復(fù)合以及在1000～1600℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下炭化反應(yīng)并保溫0.5～5小時(shí)的炭化處理得到納米碳纖維。制備的納米碳纖維，直徑可分布在20～200納米之間，長度分布在300納米～50微米，產(chǎn)品中纖維含量可達(dá)60％。該方法采用純固體碳材料作為碳源，碳源來源十分豐富，具有安全、廉價(jià)、簡單和碳源轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01J27/06GK101260574SQ20081010543
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者宋懷河, 剛 楊, 娟 楊, 陳曉紅 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)