本發(fā)明涉及炭纖維技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種楊絮基炭纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

炭纖維材料具有一定的前瞻性和廣闊的應(yīng)用前景。通常是以纖維形式存在，且具有較高的表面積，好耐腐蝕性，良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的一種新型材料。因此科研工作者一直在致力于炭纖維的研究，選用不同的原料以及不同方法已經(jīng)成功制備了不同的炭纖維。

目前為止，炭纖維主要通過(guò)紡絲手段形成纖維形態(tài)，經(jīng)煅燒后形成穩(wěn)定的炭纖維材料。同時(shí)，在制備炭纖維過(guò)程中，不同制備前驅(qū)體也決定了炭纖維的性質(zhì)。一般而言，聚合物制備的炭纖維相對(duì)比較穩(wěn)定，然而，聚合物成本高，且對(duì)環(huán)境有一定的污染。因此，既要同時(shí)選擇生物質(zhì)材料又要控制炭纖維的形貌是一直具有挑戰(zhàn)性的研究課題。

楊絮屬于植物類花，是楊樹(shù)的種子。春天是其果實(shí)的成熟期，果實(shí)開(kāi)裂后，種子借助白絮在空中飄蕩，尋找合適的生長(zhǎng)地點(diǎn)，這是楊樹(shù)繁殖后代的重要途徑。隨著樹(shù)齡的增長(zhǎng)，毛白楊結(jié)實(shí)量增加，白絮極易隨風(fēng)飄揚(yáng)，因此形成了春天漫天飛楊絮的景觀。楊絮四處飛揚(yáng)，大街上楊絮到處散播會(huì)造成環(huán)境污染，合理處理?xiàng)钚跚夜δ芑且粋€(gè)值得研究的問(wèn)題。同時(shí)，楊絮由于其內(nèi)部具有大量的纖維素，在顯微鏡下呈現(xiàn)纖維狀結(jié)構(gòu)。因此，利用簡(jiǎn)單、實(shí)用的方法合理的處理漫天的楊絮且高效的將其轉(zhuǎn)化為炭纖維有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

韓國(guó)專利（kr20140092154）介紹了一種沉積pan纖維的方法制備炭纖維，涉及到炭纖維領(lǐng)域。通過(guò)將pan纖維進(jìn)行沉析方法形成炭纖維紙，孔隙度大，提高了紙張?jiān)鰪?qiáng)性，且提高了紙張的彈性系數(shù)。此方法具有重要的研究意義，但相對(duì)制備條件復(fù)雜，成本較高，可控性較差。

韓國(guó)專利（kr20140006099）介紹了一種石油為前驅(qū)體制備丙烯酸纖維，涉及到炭纖維領(lǐng)域。選用石油作為前驅(qū)體，通過(guò)分離石油的組分制備出羥苯化合物、脂肪酸、丙烯酸等，從而制備不同化學(xué)物的炭纖維。此方法具有重要的研究意義，對(duì)石油進(jìn)行了合理的轉(zhuǎn)化。然而，由于其相對(duì)制備條件復(fù)雜，成本較高，可控性較差，有待于選用低成本原料，制備條件簡(jiǎn)單化的炭纖維。

日本專利（wo2003087470）介紹了一種炭纖維與多孔炭相結(jié)合的方法制備燃料電池。此方法設(shè)計(jì)到結(jié)合反應(yīng)，通過(guò)制備二次混合結(jié)合提高燃料電池性能。該方法得到的燃料電池的性能效果好，但耗用成本較高，且會(huì)混合不均勻，需開(kāi)發(fā)一種成本低，混合均勻且高效的方法。

公開(kāi)號(hào)為cn1598141的中國(guó)專利介紹了一種炭纖維紙及其制法。采用將分散劑、一次粘結(jié)劑、炭纖維絲混合物放入水中，打漿形成懸浮液，用常規(guī)濕法抄紙技術(shù)將懸浮液進(jìn)行抄紙，將成型紙?jiān)诙握辰Y(jié)劑溶液中浸漬，浸漬后的碳紙?jiān)诟稍铮炕?。該發(fā)明具有制備工藝簡(jiǎn)單、電阻率低、強(qiáng)度高、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，且此方法制備過(guò)程簡(jiǎn)單、可循環(huán)使用。然而，對(duì)炭纖維的分散性與紙張的結(jié)合性以及比表面積等方法的突破仍有待于研究。

公開(kāi)號(hào)cn102146641a的中國(guó)專利介紹了碳納米管植入法改性炭纖維紙的制造工藝。通過(guò)先分散制備好的或商業(yè)化的碳納米管，用酚醛樹(shù)脂溶液作粘接劑，把分散好的碳納米管均勻地涂覆在用傳統(tǒng)方法制備的炭紙表面，碳納米管就會(huì)被粘接到炭紙上，因?yàn)榫哂小搬斣饔谩碧技{米管會(huì)垂直于附著的炭紙表面，再炭化；最后還可以用化學(xué)氣相沉積的方法，通過(guò)沉積熱解炭把碳納米管牢固地固定在炭紙的表面。該發(fā)明可以大面積地、批量化地在炭紙表面植入碳納米管，該方法不僅成本低，操作簡(jiǎn)單，而且可以顯著地增加碳納米管在炭紙表面的附著力，使得碳納米管不易剝落，而且不會(huì)帶入其它不利的元素。此方法需要涂覆、粘接再炭化的方式，使其不可控因素太多，有待于工藝簡(jiǎn)單化。

公開(kāi)號(hào)cn204097670u的中國(guó)專利介紹了一種微細(xì)旦植物炭纖維低碳環(huán)保針織織物。本實(shí)用新型屬于紡織產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種微細(xì)旦植物炭纖維低碳環(huán)保針織織物，以提花穿紗結(jié)合變化羅紋與變化平針的雙層復(fù)合組織進(jìn)行織造，其中，變化羅紋組織采用微細(xì)旦咖啡炭滌綸長(zhǎng)絲與微細(xì)旦腈綸/微細(xì)旦粘膠混紡紗交替編織，變化平針組織采用微細(xì)旦咖啡炭滌綸長(zhǎng)絲與氨綸絲在針盤編織，從而編織成雙層復(fù)合組織。該實(shí)用新型通過(guò)原料的選擇和合理的組織結(jié)構(gòu)以及織造工藝路線，面料效果甚佳，手感極富彈性，色澤亮麗，體感尤其舒適，與體表溫度一致時(shí)，舒適與溫馨同時(shí)體現(xiàn)。外觀光潔，少毛羽，品位高雅。并能夠吸附空氣中的異味，在煙氣、酒氣、臭氣交雜的場(chǎng)合面料幾乎不沾染氣味，應(yīng)用前景廣闊。然而，此方法操作相對(duì)復(fù)雜，合成效率較低，重復(fù)性一般，需要考慮結(jié)合度等因素。有待于通過(guò)更簡(jiǎn)單直接的制備方法開(kāi)發(fā)一種炭纖維材料。

綜上所述，選用常見(jiàn)的漫天飛舞楊絮廢棄物為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單煅燒工藝制備炭纖維，簡(jiǎn)單制備工藝，省時(shí)節(jié)能、高效易產(chǎn)業(yè)化備受關(guān)注?；诖?，本發(fā)明提出了一種楊絮基炭纖維的制備方法，選用楊絮為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的煅燒工藝，經(jīng)不同溫度及時(shí)間的煅燒，簡(jiǎn)單，高效的制備出楊絮基炭纖維。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種使用方便，靈活，高效的楊絮基炭纖維的制備方法。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種楊絮基炭纖維的制備方法，其特征在于：以楊絮為前驅(qū)體，經(jīng)預(yù)處理過(guò)程后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫700~1000℃煅燒1~3h后一步法得到楊絮基炭纖維；所述預(yù)處理過(guò)程包括蒸煮，去雜，堿活化和干燥。

所述預(yù)處理過(guò)程包括100℃下蒸煮1~3h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~5%koh溶液在常溫下浸漬2~4h，堿活化過(guò)程使楊絮在保持纖維結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高了炭纖維的孔隙度；最后在50~100℃真空干燥箱內(nèi)干燥1~3h。

更優(yōu)的，所述預(yù)處理過(guò)程包括100℃下蒸煮3h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%koh溶液在常溫下浸漬4h；最后在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥2h。

更優(yōu)的，煅燒溫度為900℃，時(shí)間為1h。

更優(yōu)的，煅燒溫度為800℃，時(shí)間為2h。

本發(fā)明的有益效果是：該楊絮基炭纖維的制備方法，以天然楊絮為原料，原料豐富，節(jié)能減耗；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下經(jīng)高溫煅燒過(guò)程快速，高效的形成穩(wěn)定的炭纖維結(jié)構(gòu)，合理利用了這一具有季節(jié)性的廢棄材料，且拓寬了生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)基炭材料的應(yīng)用；此外，煅燒方法是一種最簡(jiǎn)單的形成炭材料的制備工藝，該方法可以簡(jiǎn)單，可高效的將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為炭材料。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

附圖1為本發(fā)明楊絮基炭纖維的顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

該楊絮基炭纖維的制備方法，以楊絮為前驅(qū)體，經(jīng)預(yù)處理過(guò)程后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫700~1000℃煅燒1~3h后一步法得到楊絮基炭纖維；所述預(yù)處理過(guò)程包括蒸煮，去雜，堿活化和干燥。得到的楊絮基炭纖維的顯微鏡圖如附圖1所示。

所述預(yù)處理過(guò)程包括100℃下蒸煮1~3h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%~5%koh溶液在常溫下浸漬2~4h，堿活化過(guò)程使楊絮在保持纖維結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高了炭纖維的孔隙度；最后在50~100℃真空干燥箱內(nèi)干燥1~3h。

在堿活化后楊絮不但保持了原有的纖維結(jié)構(gòu)，還提高了炭纖維的孔隙度，使得到的炭纖維的吸附能力更強(qiáng)，能夠吸附更多容量的染料以及水中的重金屬離子。

更優(yōu)的，所述預(yù)處理過(guò)程包括100℃下蒸煮3h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%koh溶液在常溫下浸漬4h；最后在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥2h。

更優(yōu)的，煅燒溫度為900℃，時(shí)間為1h。

更優(yōu)的，煅燒溫度為800℃，時(shí)間為2h。

實(shí)施例1：

以楊絮為前驅(qū)體，100℃下蒸煮2.5h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%koh溶液在常溫下浸漬4h；最后在100℃真空干燥箱內(nèi)干燥1h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫700℃煅燒3h后一步法得到楊絮基炭纖維。

實(shí)施例2：

以楊絮為前驅(qū)體，100℃下蒸煮3h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%koh溶液在常溫下浸漬4h；最后在80℃真空干燥箱內(nèi)干燥2h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫800℃煅燒2h后一步法得到楊絮基炭纖維。

實(shí)施例3：

以楊絮為前驅(qū)體，100℃下蒸煮2h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%koh溶液在常溫下浸漬2h；最后在50℃真空干燥箱內(nèi)干燥3h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫900℃煅燒2h后一步法得到楊絮基炭纖維。

實(shí)施例4：

以楊絮為前驅(qū)體，100℃下蒸煮1h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%koh溶液在常溫下浸漬3h；最后在70℃真空干燥箱內(nèi)干燥1.5h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫800℃煅燒1h后一步法得到楊絮基炭纖維。

實(shí)施例5：

以楊絮為前驅(qū)體，100℃下蒸煮1.5h，并去除楊絮中的雜質(zhì)；然后選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%koh溶液在常溫下浸漬2.5h；最后在60℃真空干燥箱內(nèi)干燥3h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，高溫900℃煅燒1h后一步法得到楊絮基炭纖維。