CN109095455A - 一种碳纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入10安‑1.5千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料；其中，反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种，当反应媒介为液氮或液氩时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角；当反应媒介为水时，阳极石墨棒的产物为碳洋葱；本发明具有简化反应流程、有效提高反应速度、提供多样碳纳米产物的优点。

Description

一种碳纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于碳纳米材料制备技术领域，具体涉及一种碳纳米材料的制备方法。
背景技术
随着碳纳米技术的迅速发展，单壁碳纳米角因其特殊的管状结构和特性，在材料科学和生物医学领域汇总得到越来越广泛的应用。目前的碳纳米角的制作过程，多是在压缩空气气氛下对阴极石墨棒和阳极石墨棒引入高压电弧，在负压气氛环境下制备碳纳米角，或在氩气气氛下进行激光溅射制备碳纳米角；其中，在压缩空气气氛下制备碳纳米角时，使得碳纳米角的制作过程较为繁琐，操作人员不但要完成压缩空气气氛环境的操作，同时还要对引入的高压电弧进行控制，从而使得碳纳米角制备过程需要控制的工况环境较多，一旦操作人员人为操作不当，将导致制备碳纳米角不成功，从而不但浪费原材料，甚至会影响碳纳米角制备的整体进度；另一方面，目前的制备碳纳米角的方法制得的产物较为单一，不能有效的在相同的反应条件下制备出不同种类的碳纳米材料，从而导致碳纳米材料的制备效率低下；其中，在氩气气氛下进行激光溅射制备碳纳米材料时，不仅制备设备昂贵，而且制备效率低下，导致制备成本居高不下。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种有效提高反应速度、提供多样碳纳米产物的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备纳碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入10安-1.5千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
进一步，所述反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述反应媒介为液氮或液氩时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角；
优选的，所述反应媒介为水时，阳极石墨棒的产物为碳洋葱。
进一步，所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为25mm*25mm*30mm的方形柱结构或直径为25mm的圆柱形结构。
优选的，所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
进一步，所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
优选的，所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为0.5-3mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明将阳极石墨棒与阴极石墨棒放入液态的反应媒介中引入高压电弧，免去传统的在压缩空气气氛下制备的工序，有效简化碳纳米材料的制备过程，有效提高碳纳米材料的制备效率；
2、本发明中根据实用反应媒介的类型不同，制备出不同类型的碳纳米材料，从而只需变更反应媒介便可获得多种碳纳米材料，无需改变其它反应条件，从而有效丰富碳纳米材料的种类；
3、本发明中通过阴极夹具将阴极石墨棒固定与然应器的下部，通过上下移动夹持阳极石墨棒的阳极夹具调整阳极石墨棒与阴极石墨棒之间的距离，使得阳极石墨棒与阴极石墨棒之间的距离式中保持在合适的距离，有效保证反应的顺利进行；
4、本发明中阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构，从而提高阴极石墨棒的消耗速度，进而提高阴极石墨棒与阳极石墨棒之间的反应速率；
总之，本发明具有简化反应流程、有效提高反应速度、提供多样碳纳米产物的优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备纳碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.5千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
进一步，所述反应媒介为液氮，此时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角。
进一步，所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为25mm*25mm*30mm的方形柱结构。
优选的，所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
进一步，所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
优选的，所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为0.5mm。
实施例2
一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备纳碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入10安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
进一步，所述反应媒介为液氩，此时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角。
进一步，所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为直径为25mm的圆柱形结构。
优选的，所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
进一步，所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
优选的，所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为3mm。
实施例3
一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备纳碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
进一步，所述反应媒介为水中的任一种，此时，阳极石墨棒的产物为碳洋葱。
进一步，所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为25mm*25mm*30mm的方形柱结构。
优选的，所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
进一步，所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
优选的，所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为2mm。
实施例4
一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备纳碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入0.9千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
进一步，所述反应媒介为液氮，此时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角。
进一步，所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为直径为25mm的圆柱形结构。
优选的，所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
进一步，所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
优选的，所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为1mm。
实施例5
一种碳纳米材料的制备方法，以2根石墨棒作为电弧法制备纳碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入1.3千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
进一步，所述反应媒介为液氩，此时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角。
进一步，所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为25mm*25mm*30mm的方形柱结构。
优选的，所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
进一步，所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
优选的，所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为0.8mm。
本发明以阴极夹具夹持阴极石墨棒固定于盛有反应媒介的反应器的下部，以可上下移动的阳极夹具夹持阳极石墨棒上下移动，从而始终保持阴极石墨棒与阳极石墨棒在一定的距离，有效维持阴极石墨棒与阳极石墨棒之间反应的进行，并且阳极石墨棒与阴极石墨棒在液态媒介氛围下反应，从而免去了传统的引入压缩空气气氛，有效简化反应的流程，并采用阴极石墨棒的尖端靠近阳极石墨棒，从而提高反应效率。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种碳纳米材料的制备方法，其特征在于，以2根石墨棒作为电弧法制备碳纳米材料的电极，将阴极石墨棒与阳极石墨棒的阴阳两极相对放置在反应媒介中，通入10安-1.5千安的电流进行直流电弧放电，制得石墨棒的阳极产物即为碳纳米材料。
2.如权利要求1所述的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述反应媒介为液氮、液氩或水中的任一种；
优选的，所述反应媒介为液氮或液氩时，阳极石墨棒的产物为碳纳米角；
优选的，所述反应媒介为水时，阳极石墨棒的产物为碳洋葱。
3.如权利要求1所述的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述阳极石墨棒以及阴极石墨棒为尺寸为25mm*25mm*30mm的方形柱结构或直径为25mm的圆柱形结构。
4.如权利要求3所述的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述阴极石墨棒靠近阳极石墨棒的一端为锥形结构。
5.如权利要求1所述的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述阴极石墨棒放置于装有反应媒介的反应器的下部，所述阳极石墨棒位于阴极石墨棒的正上方，并且阴极石墨棒与阳极石墨棒完全淹没于反应媒介内。
6.如权利要求5所述的碳纳米材料的制备方法，其特征在于：所述阴极石墨棒与阳极石墨棒均竖直放置，其中，阴极石墨棒通过阴极夹具固定于反应器的下部，阳极石墨棒通过可上下移动的阳极夹具夹持，在反应的过程中，始终保持阳极石墨棒与阴极石墨棒尖端的距离为0.5-3mm。
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