CN102505187B - 一种层次孔炭纤维材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料技术领域，公开一种层次孔炭纤维材料及其制备方法和应用，是以洗净的经剪裁或编织成特定形状的剑麻纤维为原料，在惰性气氛中于300～900℃恒温炭化0.5～6h，得到层次孔炭纤维；再将所得的层次孔炭纤维与氢氧化钾溶液混合均匀，干燥后于500～900℃恒温活化0.5～6h，然后经酸洗、水洗、过滤和干燥，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。本发明的制备方法简单易行，原料绿色环保，生产成本低，所得层次孔炭纤维及高比表面积层次孔炭纤维材料具有独特的层次化多孔结构，后者的比表面积可高达3350m2/g，具有优异的吸附性能，而且可得到绳、毡、布、纸等形状的层次孔炭纤维材料，使用方便，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种利用剑麻纤维制备的层次孔炭纤维材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，层次孔炭材料在材料科学领域引起了日益广泛的关注，这是因为层次孔炭材料兼备孔径可调可控且合理分布的微孔、中孔和大孔三元纳米孔结构，具有独特的二元/三元结构相互协同作用的特点：大孔提供高效的质子传输场所，可大大降低扩散阻力，中孔可充当质子传输通道，而微孔和/或中孔可为提高反应物质的分散程度，并提供足够多的活性中心。研究证实这些特性使得层次孔炭材料具有传统多孔材料所无法比拟的优异性能，例如，高效的化学活性表面、快速的传质速率和极短的扩散距离等，因此，层次孔炭材料在催化、吸附、分离、生物医药、储能等领域具有广泛的应用。
此外，层次孔炭材料的比表面积一般处于100至2300m2/g之间，鉴于在任何应用场合下比表面积都是多孔材料最为重要的结构参数，制备具有高比表面积的层次孔炭材料对于推动多孔材料的发展具有重要的科学研究价值和实际应用意义。目前，层次孔炭材料的制备方法有模板法、模板-活化联合法或者免模板法，它们的制备原料和模板一般要通过一系列繁琐的化学反应才能得到，在这过程中势必需要消耗和浪费较多的化工原料。随着能源的短缺与环境的不断恶化，如何直接利用天然生物质作为原料，并通过简单、有效以及低成本的方法来制备具有特定拓扑构造的层次孔炭材料日益变得至关重要。
剑麻是一种多年生高产稳定的经济作物，主要生长在热带、亚热带地区，全球每年的产量超过450万吨，剑麻纤维是取自于剑麻叶片中的维管束纤维，具有质地坚韧、耐磨擦、耐酸碱、拉力强、耐海水腐蚀等多种特性，广泛应用于绳索、麻袋、编织地毯、以及造纸等。可见，目前剑麻纤维的利用水平较低，附加价值不高，因此，充分有效利用这种高产量的可再生资源，开拓剑麻纤维在新技术、新材料和新能源方面的应用以提高其附加价值具有重要的现实意义。剑麻纤维是由多根的单纤维构成，每根单纤维具有中空结构，其空腔直径大于50nm，是一种天然的大孔结构，在构筑层次化多孔中可以发挥重要作用。此外，其纤维骨架上主要由纤维素、木质素、半纤维素三大组分组成，含碳量约45％，经过简单的高温热处理后，骨架上氧、氢等非碳元素和部分碳元素挥发从而形成大量微孔和/或中孔。可见，剑麻纤维是一种制备层次孔炭材料的优质原料。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种层次孔炭纤维材料的制备方法。该制备方法以廉价易得的可再生生物质剑麻纤维为原料，实施工艺简单易行，使该炭纤维材料的制备成本低，且所得产品具有明显的层次孔结构。
本发明的又一目的在于提供上述方法制备的层次孔炭纤维材料。
本发明的再一目的在于提供上述层次孔炭纤维材料的应用。
以上述层次孔炭纤维材料为制备原料，本发明还提供一种高比表面积层次孔炭纤维材料及其制备方法和应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种层次孔炭纤维材料的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将剑麻纤维洗净后干燥；
(2)将步骤(1)所得的剑麻纤维置于炭化炉中，在惰性气氛保护下以2～10℃/min的升温速率升温至300～900℃，然后恒温0.5～6h进行炭化，得到层次孔炭纤维材料。
所述剑麻纤维是制成了丝、绳、毡、布或纸的剑麻纤维，此剑麻纤维从市场购买后没有经过任何处理而直接使用；所述干燥条件为50～150℃下干燥0.5～24h；所述步骤(2)中惰性气氛为10～400ml/min流速的氮气或氩气气氛。
一种层次孔炭纤维材料就是通过上述制备方法制备而成的。所述层次孔炭纤维材料的比表面积为9～431m2/g。该层次孔炭纤维材料可用做吸附剂以及超级电容器的电极材料，绳、毡、布、纸等形状的炭纤维材料可以直接用作具有吸附性能的材料，而将其研磨后即可用作电容器的电极材料。
一种由上述层次孔炭纤维材料制备而成的高比表面积层次孔炭纤维材料，其比表面积为965～3350m2/g。
上述高比表面积层次孔炭纤维材料的的制备方法包括以下步骤：
(1)将1g层次孔炭纤维材料与含有0.5～8g氢氧化钾的乙醇/水溶液充分混合均匀，将混合物干燥；
(2)将步骤(1)中干燥后的混合物置于高温炉中，在惰性气体气氛下以2～5℃/min的升温速率升温到500～900℃，然后恒温0.5～6h进行活化刻蚀，刻蚀产物经洗涤、过滤、水洗至中性和干燥后，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
所述步骤(1)中的溶液所用的溶剂为将2～6ml无水乙醇与2～20ml去离子水混合制成的溶剂；所述步骤(2)中的惰性气体气氛为10～400ml/min流速的氮气或氩气气氛；所述步骤(2)中活化刻蚀后将产物温度降低至50℃以下，得到刻蚀产物；所述洗涤是用去离子水和浓盐酸按5～20∶1的体积比混合而成的溶液洗涤2～8次，用去离子水洗涤1～4次；所述干燥条件为105～110℃下干燥6～24h。
上述高比表面积层次孔炭纤维材料可用做吸附剂以及超级电容器的电极材料，绳、毡、布、纸等形状的炭纤维材料可以直接用作具有吸附性能的材料，而将其研磨后即可用作电容器的电极材料。
本发明的原理如下：本发明首先以天然剑麻纤维为反应原料，经洗涤干净和剪裁或编织成特定表观形状后，在惰性气氛中炭化得到层次孔炭纤维；然后将所得的层次孔炭纤维以一定的比例与刻蚀造孔剂(例如氢氧化钾溶液)混合均匀，经烘干、高温处理、酸洗、水洗、过滤、干燥等步骤后得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
研究发现：(1)经过炭化后，剑麻纤维的天然大孔结构得到很好的保持，并由于纤维骨架上的非碳和部分碳元素在高温下的去除，所得的炭骨架上含有较多数量的微孔或小中孔，由此利用了剑麻纤维的天然结构成功制备出一类层次孔炭纤维；(2)进一步的刻蚀处理不仅没有破坏剑麻纤维的天然大孔结构，而且极大地在纤维骨架上带来了丰富的孔洞，生成了大量的微孔和小中孔，使样品的比表面积得到极大的提高，可高达3350m2/g，从而利用了剑麻纤维的天然结构得到高比表面积层次孔炭纤维材料，其层次化孔结构由微米级隧道状大孔、2.5nm中孔以及1.2nm微孔所组成；(3)通过简单调节制备工艺条件，例如，炭化温度、升温速率、保温时间、刻蚀剂的种类以及刻蚀剂的用量等等，可以有效调控所得层次孔炭材料和高比表面积层次孔炭材料的各元纳米孔的数量及所占比例。
本发明相对于现有层次孔炭材料制备技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明制备的层次孔炭纤维材料具有独特的层次化多孔结构。层次孔炭材料的大孔结构通常为片层状或者球状，而本发明的层次孔炭纤维炭材料的大孔来源于剑麻植物结构的天然大孔，为准有序排列的隧道状结构，以此为基础，经过简单的高温处理后，所得到的炭材料的层次化孔结构由微米级准有序排列的隧道状大孔、2.5nm中孔以及1.2nm微孔组成。
(2)本发明的制备工艺简单，绿色环保。剑麻纤维是一种常见的天然生物质，是一种廉价、多年生、产量高、易生长的纤维植物。剑麻纤维具有天然的隧道状大孔结构，直接以其为原料，经过简单的高温处理，便可构造出独特的层次化多孔结构，这免去了常规制备方法需要的合成炭源与模板、自组装、模板去除等一系列繁琐的步骤，是一种简单、绿色、可持续发展的制备技术。
(3)本发明可以得到具有超高比表面积的层次孔炭纤维材料。剑麻纤维的天然大孔有利于活化剂在炭骨架上浸入和均匀分散，使其可成为一个良好的基底去构筑高比表面积的层次孔结构，经过简单的活化刻蚀处理后，所得的层次孔炭纤维炭材料的比表面积和孔容分别可高达3350m2/g和7.21cm3/g。
(4)可得到绳、毡、布、纸等形状的层次孔炭纤维材料，且其比表面积、吸附能力灵活可控。作为一种高强度的材料，剑麻纤维具有质地坚韧、富于弹性、耐摩擦、不易碎等特性，易编织成绳、毡、布、纸等形状，经过简单的高温处理后，这些宏观形状仍然可以得到很好的保持，得到的材料具有质薄而轻、吸附性能优越等特点，可直接用于制备免粘结剂电极、防毒衣、面罩和口罩等器材，将其研磨后即可用作电容器电极材料，使用方便，而且所需生产设备要求低，工艺简单，容易实现工业化生产。
附图说明
图1中A和B是实施例1制备得到的层次孔炭纤维材料的扫描电镜图；图C和D是实施例2制备得到的高比表面积层次孔炭纤维材料的扫描电镜图。
图2中A是实施例2制备得到的高比表面积层次孔炭纤维材料的氮气吸附-脱附等温线图，B是实施例2制备得到的高比表面积层次孔炭纤维材料的孔径分布曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
以剑麻纤维为原料制备层次孔炭纤维材料的步骤如下：
(1)将剑麻纤维洗净，剪裁至每根纤维长度为0.1～0.5cm，然后放置于烘箱中在100℃下干燥6h。
(2)将步骤(1)中预处理好后的剑麻纤维置于炭化炉中，在400ml/min流速的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至经500℃，然后恒温炭化3小时，即得到层次孔炭纤维材料。
以上步骤制备得到层次孔炭纤维材料的扫描电镜如图1中A和B所示。
用美国Micromeritics公司产的ASAP2010吸附仪氮气吸附法和PoreMaster60压汞仪测试，制备出的层次孔炭纤维材料的比表面积(BET)为298m2/g，孔容为3.09cm3/g，其中微孔孔容、中孔孔容和大孔孔容分别为0.10cm3/g、0.04cm3/g和3.10cm3/g。
利用英国Hiden公司生产的IGA仪器测定样品在常温下对有机蒸汽吸附-脱附性能，其对甲苯蒸汽的吸附量为57mg/g。
将其研磨成粉末，制备成电极材料，并组装为超级电容器，用恒流充放电法测得其在6mol/L KOH电解液中的质量比电容为45F/g。
实施例2
以剑麻纤维为原料制备高比表面积层次孔炭纤维材料的步骤如下：
(1)将5g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，然后加入1g实施例1制得的层次孔炭纤维，充分搅拌均匀，将混合物置于100℃下干燥6h；
(2)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化3h后，待炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和10ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤一次，过滤后于110℃干燥12h，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
所得到高比表面积层次孔炭纤维的扫描电镜如图1中C和D所示。用美国Micromeritics公司产的ASAP2010吸附仪氮气吸附法和PoreMaster 60压汞仪测试，制备出的高比表面积层次孔炭纤维材料的氮气吸附-脱附曲线及孔径分布曲线如图2所示，测得其比表面积(BET)为3350m2/g，孔容为7.21cm3/g，其中微孔孔容、中孔孔容和大孔孔容分别为0.75cm3/g、0.82cm3/g和6.53cm3/g。从以上结果可看出该高比表面积层次孔炭纤维材料的多孔结构由微米级准有序排列的隧道状大孔、2.5nm中孔以及1.2nm微孔所组成。
利用英国Hiden公司生产的IGA仪器测定样品在常温下对有机蒸汽吸附-脱附性能，其对苯蒸汽的吸附量为1488mg/g。
将其研磨成粉末，制备成电极材料，并组装为超级电容器，用恒流充放电法测得其在6mol/L KOH电解液中的质量比电容为300F/g。
实施例3
以剑麻纤维为原料制备高比表面积层次孔炭纤维材料的步骤如下：
(1)将3g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g实施例1制得的层次孔炭纤维材料，充分搅拌均匀，将混合物置于100℃下干燥6h；
(2)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化3h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和10ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于110℃干燥12h，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
用美国Micromeritics公司产的ASAP2010吸附仪氮气吸附法测试得知，制备得到的高比表面积层次孔炭纤维的比表面积(BET)为2550m2/g。
利用英国Hiden公司生产的IGA仪器测定样品在常温下对有机蒸汽吸附-脱附性能，其对甲苯蒸汽的吸附量为1016mg/g。
将其研磨成粉末，制备成电极材料，并组装为超级电容器，用恒流充放电法测得其在6mol/L KOH电解液中的质量比电容为232F/g。
实施例4
以剑麻纤维为原料制备高比表面积层次孔炭纤维材料的步骤如下：
(1)将1g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g实施例1制得的层次孔炭纤维材料，充分搅拌均匀，将混合物置于100℃下干燥6h；
(2)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化3h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和10ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于110℃干燥12h，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
用美国Micromeritics公司产的ASAP2010吸附仪氮气吸附法测试得知，制备得到的高比表面积层次孔炭纤维的比表面积(BET)为1331m2/g。
利用英国Hiden公司生产的IGA仪器测定样品在常温下对有机蒸汽吸附-脱附性能，其对甲苯蒸汽的吸附量为656mg/g。
将其研磨成粉末，制备成电极材料，并组装为超级电容器，用恒流充放电法测得其在6mol/L KOH电解液中的质量比电容为155F/g。
实施例5
以剑麻纤维为原料制备层次孔炭纤维材料和高比表面积层次孔炭材料的步骤如下：
(1)将剑麻纤维洗净，剪裁至每根纤维长度为0.1～0.5cm，然后放置于烘箱中在100℃下干燥6h。
(2)将步骤(1)中预处理好后的剑麻纤维置于炭化炉中，在400ml/min流速的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至经900℃，然后恒温炭化3小时，即得到层次孔炭纤维材料。
(3)将0.5g KOH溶解在4ml水和2ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g步骤(2)制得的层次孔炭纤维材料，充分搅拌均匀，将混合物置于105℃下干燥10h；
(2)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为10ml/min的氮气气氛下，以2℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化4h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和20ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于105℃干燥6h，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
用美国Micromeritics公司产的ASAP2010吸附仪氮气吸附法测试得知，制备得到的层次孔炭纤维材料和高比表面积层次孔炭材料的比表面积(BET)分别为193m2/g和965m2/g。
利用英国Hiden公司生产的IGA仪器测定样品在常温下对有机蒸汽吸附-脱附性能，所得两种材料对甲苯蒸汽的吸附量分别为89mg/g和232mg/g，对苯蒸汽的吸附量分别为为119mg/g和415mg/g。
将层次孔炭纤维材料和高比表面积层次孔炭纤维材料研磨成粉末，制备成电极材料，并组装为超级电容器，用恒流充放电法测得它们在6mol/L KOH电解液中的质量比电容为91F/g和146F/g。
实施例6
以剑麻纤维为原料制备层次孔炭纤维材料和高比表面积层次孔炭纤维材料的步骤如下：
(1)将剑麻纤维洗净，剪裁至每根纤维长度为0.1～0.5cm，然后放置于烘箱中在100℃下干燥6h。
(2)将步骤(1)中预处理后的剑麻纤维置于炭化炉中，在400ml/min流速的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至经700℃，然后恒温炭化3小时，即得到层次孔炭纤维。
(3)将8g KOH溶解在20ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g步骤(2)制得的层次孔炭纤维材料，充分搅拌均匀，将混合物置于110℃下干燥24h；
(4)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至500℃，恒温活化0.5h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用200ml去离子水和40ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于110℃干燥24h，得到高比表面积层次孔炭纤维材料。
用美国Micromeritics公司产的ASAP2010吸附仪氮气吸附法测试得知，制备的层次孔炭纤维材料和高比表面积层次孔炭材料的比表面积(BET)分别为372m2/g和2343m2/g。
将两者研磨成粉末，制备成电极材料，并组装为超级电容器，用恒流充放电法测得其在6mol/L KOH电解液中的质量比电容分别为105F/g和210F/g。
实施例7
层次炭纤维布材料和高比表面积层次炭纤维布材料的制备步骤如下：
(1)将编织好的剑麻纤维布放置于100℃烘箱中干燥6h；
(2)将步骤(1)中预处理后的剑麻纤维布置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至500℃，炭化1小时，即得到层次孔炭纤维布材料，炭化得率为22％。
(3)将3g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g步骤(2)制得的层次孔炭纤维材料，充分搅拌均匀，将混合物置于105℃下干燥12h；
(4)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为200ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至700℃，恒温活化3h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用150ml去离子水和20ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于105℃干燥10h，得到高比表面积层次孔炭纤维布材料。
经计算，剑麻纤维布的长度炭化收缩率为33％，宽度炭化收缩率为30％。制得的层次孔炭纤维布材料和高比表面积层次孔炭纤维布材料的BET比表面积分别为14m2/g和1345m2/g。
实施例8
层次孔炭纤维绳材料和高比表面积层次炭纤维绳材料的制备方法，步骤如下：
(1)将编织好的剑麻纤维绳放置于100℃烘箱中干燥6h；
(2)将步骤(1)中预处理后的剑麻纤维绳置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至600℃，炭化1小时，即得到层次孔炭纤维绳材料，炭化得率为23％。
(3)将1g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g步骤(2)制得的层次孔炭纤维绳材料，充分搅拌均匀，将混合物置于110℃下干燥6h；
(4)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为300ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化3h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和10ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于110℃干燥6h，得到高比表面积层次孔炭纤维绳材料。
经计算，剑麻纤维绳的长度炭化收缩率为36％，径向炭化收缩率为14％。制得的层次孔炭纤维绳材料和高比表面积层次孔炭纤维绳材料的BET比表面积分别为352m2/g和1435m2/g。
实施例9
层次孔炭纤维布材料和高比表面积层次炭纤维布材料的制备方法，步骤如下：
(1)将编织好的剑麻纤维布放置于100℃烘箱中干燥6h；
(2)将步骤(1)中预处理后的剑麻纤维布置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至800℃，炭化1小时，即得到层次孔炭纤维布材料。
(3)将1g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g步骤(2)制得的层次孔炭纤维布材料，充分搅拌均匀，将混合物置于110℃下干燥6h；
(4)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为300ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化3h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和10ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于110℃干燥12h，得到高比表面积层次孔炭纤维布材料。
经计算，剑麻纤维布的炭化得率为18％。制得的层次孔炭纤维布材料和高比表面积层次孔炭纤维布材料的BET比表面积分别为431m2/g和1350m2/g。
实施例10
层次孔炭纤维绳材料和高比表面积层次炭纤维绳材料的制备方法，步骤如下：
(1)将编织好的剑麻纤维布放置于100℃烘箱中干燥6h；
(2)将步骤(1)中预处理后的剑麻纤维绳置于炭化炉中，在流速为400ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至700℃，炭化1小时，即得到层次孔炭纤维绳材料。
(3)将1g KOH溶解在10ml水和6ml无水乙醇混合后得到的溶剂中，得到含有刻蚀剂KOH的溶液，之后加入1g步骤(2)制得的层次孔炭纤维绳材料，充分搅拌均匀，将混合物置于110℃下干燥6h；
(4)将干燥后的混合物置于炭化炉中，在流速为300ml/min的氮气气氛下，以5℃/min的升温速率升温至900℃，恒温活化3h后，当炭化炉的温度降至50℃时取出混合物，用100ml去离子水和10ml 37％盐酸混合得到的溶液在煮沸的情况下洗涤混合物3次，用200ml去离子水洗涤1次，过滤后于110℃干燥12h，得到高比表面积层次孔炭纤维绳材料。
经计算，剑麻纤维绳的炭化得率为18％。制得的层次孔炭纤维绳材料和高比表面积层次孔炭纤维绳材料的BET比表面积分别为418m2/g和1340m2/g。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高比表面积层次孔炭纤维材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将1g层次孔炭纤维材料与含有0.5～8g氢氧化钾的乙醇/水溶液充分混合均匀，将混合物干燥；
（2）将步骤（1）中干燥后的混合物置于高温炉中，在惰性气体气氛下以2～5℃/min的升温速率升温到500～900℃，然后恒温0.5～6h进行活化刻蚀，刻蚀产物经洗涤、过滤、水洗至中性和干燥后，得到具有高比表面积的层次孔炭纤维材料；所得高比表面积层次孔炭纤维材料的比表面积为965～3350m2/g；所述活化刻蚀后将产物温度降低至50℃以下，得到刻蚀产物；所述洗涤是用去离子水和浓盐酸按5～20：1的体积比混合而成的溶液洗涤2～8次，用去离子水洗涤1～4次；所述干燥条件为105～110℃下干燥6～24h；
所述步骤（1）中的层次孔炭纤维材料的制备方法包括以下操作步骤：
a、将剑麻纤维洗净后干燥；
b、将步骤a所得的剑麻纤维置于炭化炉中，在惰性气氛保护下以2～10℃/min的升温速率升温至300～900℃，然后恒温0.5～6h进行炭化，得到比表面积为9～431m2/g的层次孔炭纤维材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的溶液所用的溶剂为将2～6ml无水乙醇与2～20ml去离子水混合制成的溶剂；所述步骤（2）中的惰性气体气氛为10～400ml/min流速的氮气或氩气气氛。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤a所述剑麻纤维是制成丝、绳、毡、布或纸的剑麻纤维，干燥条件为在50～150℃下干燥0.5～24h；步骤b所述惰性气氛为10～400ml/min流速的氮气或氩气气氛。
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