CN113047035B - 一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法 - Google Patents
一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113047035B CN113047035B CN202110408893.3A CN202110408893A CN113047035B CN 113047035 B CN113047035 B CN 113047035B CN 202110408893 A CN202110408893 A CN 202110408893A CN 113047035 B CN113047035 B CN 113047035B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon felt
- drying
- graphene
- graphene composite
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 203
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 121
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 31
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 19
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 5
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 4
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 claims description 3
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 claims description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 claims description 3
- GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N beta-maltose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004939 coking Methods 0.000 abstract description 4
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 abstract description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 abstract 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 18
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N carbamazepine Chemical compound C1=CC2=CC=CC=C2N(C(=O)N)C2=CC=CC=C21 FFGPTBGBLSHEPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960000623 carbamazepine Drugs 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 125000002791 glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910001872 inorganic gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/73—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof
- D06M11/74—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with carbon or compounds thereof with carbon or graphite; with carbides; with graphitic acids or their salts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/40—Fibres of carbon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨烯复合碳毡的制备方法，该方法包括将碳毡、糖类、氧化石墨烯、去离子水为原料，采用真空加热的方法，在高温下糖类焦化过程中，使还原了的石墨烯与碳毡产生间接连接而成，该方法制得的复合碳毡具有石墨烯层片与碳毡复合牢靠紧密具有亲水性好，电导率高，稳定性好，电化学催化活性高等优点。本发明的方法通过高温炉管在短时间内制备大量石墨烯复合碳毡，且原料易得、无毒性、成本优异、操作简单，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于电化学领域，涉及一种复合石墨烯碳毡的制备技术方法，具体涉及一种适用于电化学催化技术的石墨烯复合碳毡的制备方法。
技术背景
碳毡是一种用碳纤维制成的毡。具有吸附广谱性，而且容量大，对汽油、醛类、酚类、醇类、烯烃等有机蒸汽吸附量比活性炭(GAC)大几倍到几十倍，对无机气体有很好的吸附性(如No，N，HF，HCl等)。并且在众多电极材料中，碳毡因具有低廉的价格、合适的孔结构、较高的导电性和化学稳定性而广泛应用于燃料电池储能系统、净水处理系统等。
目前石墨烯复合碳毡的制备方法，采用粘结剂在有机溶剂中将石墨烯与碳毡连接起来，但使用的有机粘结剂与有机溶剂存在价格高，且具有一定的生态毒性，不适合大规模工业生产。另外，由于该类混合有机溶液无法使用高温的方式进行烧结，只有采用低温干燥。但低温烘干会造成石墨烯与碳毡复合强度较弱，导致电导率提升一般，使用寿命较差等问题。
目前公开的石墨烯复合碳毡的制备方法，主要解决改进石墨烯复合碳毡制备性能与效率的方法。该方法使用的粘结剂大都选择如隔膜Nafion隔膜、N-甲基吡咯烷酮NMP隔膜、聚乙烯PE隔膜、聚四氟乙烯PTFE颗粒或聚偏氟氯乙烯PVDF粉末和N,N-二甲基甲酰胺有机溶剂形成的混合液。但这些粘结剂不适合使用高温的方式烧结，通常只能采用较低温烘干制备，低温烘干中石墨烯与碳毡之间的连接主要依靠分子间的范德华力和氢键，石墨烯与碳毡复合性在经过电化学催化后通入的电流会造成该作用力受到破坏，复合强度大幅下降，石墨烯层片容易脱落，导致电导率下降，使用寿命较差，并且这类混合溶液配方复杂，一直存在配置成本较高，生态毒性较强，难以实现工业化大规生产的问题。因此，需要研发一种适合高温烧结的石墨烯复合碳毡的制备工艺，来解决上述存的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯复合碳毡的制备方法，该方法采用糖作为粘结剂，并高温烧结工艺。该方法解决了制备石墨烯复合碳毡的现有技术中使用的有机粘结剂与有机溶剂存在价格高，且具生态毒性，不适合大规模工业生产的技术问题。而本发明的方法以商业碳毡、糖类、氧化石墨烯、去离子水为原料，采用真空加热的方法，在高温下糖类焦化过程中，使还原了的石墨烯与碳毡产生间接，从而制备出石墨烯复合碳毡，这种间接区别于低温烘干所产生的分子间的作用力，而是石墨烯与碳毡原子之间高温下所产生的共价键所形成的。形成的该复合碳毡中石墨烯层片与碳毡复合更加牢靠紧密，亲水性好，电导率高，在用于电化学催化后，间接能不受电子流动的影响，稳定性好。本发明的制备方法能够通过高温炉管在短时间内制备大量石墨烯复合碳毡，且原料易得、无毒性、成本优异、操作简单，适合大规模发展。同时克服了现有技术采用有机粘合剂和有机溶液的混合液无法使用高温的方式进行烧结，而低温烘干以会造成石墨烯与碳毡复合强度较弱，导致电导率提升一般，使用寿命较差等问题。
为实现本发明的目的，提供了如下实施方案。
在一实施方案中，本发明的一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳毡放入在酸溶液中浸泡，然后震荡；
(2)将浸泡后的碳毡，用去离子水反复清洗，再干燥；
(3)将糖溶于去离子水中，配制成质量分数为2％-8％的溶液，优选为5％；
(4)将氧化石墨烯加入步骤(3)所得的溶液中；
(5)将步骤(2)干燥后的碳毡浸泡在步骤(4)的溶液中，然后震荡；
(6)将步骤(5)浸泡、震荡后的碳毡干燥；
(7)将步骤(6)中干燥后的碳毡置于真空炉中，加热升温至1300℃～1550℃；
(8)保温3-6h，然后冷却即得。
在上述实施方案中，优选的，步骤(1)中，所述浸泡时间为3-6h，震荡时间为30-60min，所述酸为硫酸、硝酸、盐酸或者硫酸与硝酸混合液；步骤(2)中，所述干燥温度为50-100℃，干燥时间为1-3h；步骤(3)中，所述糖选自葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖，糖溶液的质量分数优选为5％；步骤(4)中，所述氧化石墨烯为单层片，片径为0.01-10μm，浓度为1mg/mL-5mg/mL，优选为1mg/mL；步骤(5)中，所述震荡采用超声波震荡15min-30min；步骤(6)中，所述干燥，其干燥温度为40-80℃，干燥时间为3h；步骤(7)中，所述碳毡以水平向上、直立向上、卷形与管壁平行其中一种方式放置，加热升温时间为150min以上，所述真空，其真空度为1.0×10-2Torr～3.0×10-3Torr。
在一具体实施方案中，本发明的一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法，包含以下步骤：
(1)将干燥处理的碳毡浸泡在酸溶液中，常温浸泡3-6h，然后超声震荡30-60min；
(2)将步骤(1)中的碳毡，用去离子水反复清洗；
(3)将步骤(2)中的碳毡干燥处理；
(4)将纯的糖溶于去离子水中，配制成质量分数为2％-8％的溶液；
(5)将氧化石墨烯加入步骤(4)所得的溶液中；
(6)将步骤(3)干燥处理过的碳毡浸泡在步骤(5)所得的溶液中，然后超声震荡15min-30min；
(7)将步骤(6)浸泡后的碳毡干燥处理；
(8)将步骤(7)的碳毡放入管式炉腔体刚玉管中，并置于中心发热区；
(9)关闭管式炉腔体门，开启真空抽气阀门，将腔体内真空抽至1.0×10-2Torr～3.0×10-3Torr；
(10)设置加热刚玉管式真空炉，将加热温度设置于1300℃～1550℃，加热升温时间设置为150min以上；
(11)升温至目标温度以后，保温3H-6H，保温结束后随炉冷却；
(12)冷却至室温后，关闭真空阀门，开启腔门后获得石墨烯复合碳毡样品。
优选的，步骤(1)中，所述碳毡干燥处理温度为350-450℃，干燥时间为15min-25min。
优选的，步骤(1)中，所述酸为硫酸、硝酸、盐酸或者硫酸与硝酸混合液。
优选的，步骤(2)中，所述反复清洗，其清洗次数为10-30次。
优选的，步骤(3)中，所述碳毡干燥处理温度为50-100℃，干燥时间为1-3h。
优选的，步骤(4)中，所述糖选自葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖。
优选的，步骤(5)中，所述氧化石墨烯单层片径为0.01-10μm，浓度为1mg/mL-5mg/mL。
优选的，步骤(6)中，所述碳毡干燥处理温度为40-80℃，干燥时间为3H。
优选的，步骤(7)中，所述碳毡以水平向上、直立向上、卷形与管壁平行其中一种方式放置。
本发明的一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法，与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
1)本发明的方法以商业碳毡、糖类、氧化石墨烯、去离子水为原料，采用真空加热的方法，在高温下糖类焦化过程中，使还原了的石墨烯与碳毡产生间接，从而制备出石墨烯复合碳毡，该复合碳毡石墨烯层片与碳毡复合牢靠紧密具有，亲水性好，电导率高，稳定性好，电化学催化活性高等优点。
2)本发明的方法能够通过高温炉管在短时间内制备大量石墨烯复合碳毡，且原料易得、无毒性、成本优异、操作简单，适合工业化大规模商业化生产。
附图说明
图1是本发明的石墨烯复合碳毡的制备装置示意图；
图2是本发明的方法中使用的商业碳毡扫描电子显微镜图；
图3是本发明的方法制备的石墨烯复合碳毡扫描电子显微镜图；
图4是本发明的方法制备的石墨烯复合碳毡作为电极在阳极活化过硫酸盐降解卡马西平效果的对比数据图。
图中：显示控制面板1、加热炉体2、刚玉管3、腔体闸门4、真空泵5、抽气阀门6。
具体实施方式
下面对本发明实施例仅是代表性的，用于进一步理解和说明本发明的实质。但不以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例采用如图1所示的制备装置，包括显示控制面板1，加热炉体2，刚玉管3，腔体闸门4，真空泵5，抽气阀门6等，主要结构如下：
加热炉体2中安装刚玉管3，刚玉管3两端分别安装腔体闸门4与抽气阀门6，抽气阀门6通过管道连接真空泵5，碳毡样品放置在刚玉管3中心位置，加热炉体2上装置显示控制面板1用于调整加热温度和显示真空状态。以下实施例采用是商业碳毡，经显微镜测试，其显微图见图2。
实施例1石墨烯复合碳毡的制备
制备工艺如下：
1.碳毡的处理方法，包括以下步骤：
(1)将裁剪为45mm×45mm×5mm尺寸的碳毡在温度为450℃条件下干燥25min。
(2)将干燥处理后的碳毡放入2mol/L的硫酸溶液中浸泡6H，然后使用超声震荡30min。
(3)将浸泡处理后的碳毡使用去离子水反复浸泡冲洗30次。
(4)将清洗处理后的碳毡在100℃的干燥箱中干燥1h。
2.糖-氧化石墨烯混合溶液配置方法，包括以下步骤：
(1)在容器中注入200mL去离子水，取分析纯蔗糖固体加入容器中配制成质量分数为2％的糖溶液。
(2)在上述糖溶液中加入200mg单层片径为0.01-10μm的氧化石墨烯，使用玻璃棒在容器中沿一个方向搅拌5min。
3.石墨烯复合碳毡制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳毡放入糖-氧化石墨烯混合溶液中浸泡5min，然后使用超声震荡30min。
(2)将浸泡处理后的碳毡在80℃的干燥箱中干燥3h。
(3)将干燥处理的碳毡放入管式腔体中，并置于中心发热区。
(4)关闭腔体门，打开真空阀门，将腔体内真空抽至1.0×10-2Torr。
(5)打开管式炉加热开关，设置温度为1300℃，升温时间为150min。
(6)炉管温度达到1300℃后保温6H。
(7)保温完成后随炉降至室温。
(8)关闭真空阀门，破气至大气压后打开腔门，获得如图3所示石墨烯复合碳毡样品。
效果测试：
经测试，本实施例获得的石墨烯复合碳毡，其复合碳毡中石墨烯分布均匀结合牢靠，没有脱落现象，增强了碳毡的亲水性，能够提高碳毡降解过程中的电化学活性，且本实施例石墨烯复合碳毡的相关性能数据如下：
室温下测得的石墨烯复合碳毡电阻系数为0.16Ohm.cm，低于原始商业碳毡的电阻系数0.18-0.22Ohm.cm，应用可以进一步提高碳毡的电化学催化性能。
实施例2石墨烯复合碳毡的制备
制备工艺参照实施例1，与实施例1不同之处在于：
1、步骤2中(1)配置的糖溶液质量分数为8％。
2、步骤3中(5)设置温度为1550℃。
3、采用实施例1其余相同步骤制备石墨烯复合碳毡。
效果测试：
经测试，本实施例获得的石墨烯复合碳毡，其复合碳毡中石墨烯分布均匀结合牢靠，没有脱落现象，增强了碳毡的亲水性，能够提高碳毡降解过程中的电化学活性，且本实施例石墨烯复合碳毡的相关性能数据如下：
室温下测得石墨烯复合碳毡的电阻系数为0.14Ohm.cm，低于原始商业碳毡的电阻系数0.18-0.22Ohm.cm。
实施例3石墨烯复合碳毡的制备
制备工艺参照实施例1，与实施例1不同之处在于：
1、步骤2中(1)配置的糖溶液质量分数为5％。
2、步骤3中(5)设置温度为1450℃。
3、采用实施例1其余相同步骤制备石墨烯复合碳毡。
效果测试：
经测试，本实施例获得的石墨烯复合碳毡，经扫描电子显微镜测试，结果见图3。其复合碳毡中石墨烯分布均匀结合牢靠，没有脱落现象，增强了碳毡的亲水性，能够提高碳毡降解过程中的电化学活性，且本实施例石墨烯复合碳毡的相关性能数据如下：
室温下测得石墨烯复合碳毡的电阻系数为0.12Ohm.cm，低于原始商业碳毡的电阻系数0.18-0.22Ohm.cm。
实施例4石墨烯复合碳毡的制备
制备工艺参照实施例1，与实施例1不同之处在于：
1、步骤2中(1)固体蔗糖更换为固体葡萄糖。
2、采用实施例1其余相同步骤制备石墨烯复合碳毡。
效果测试：
室温下测得石墨烯复合碳毡的电阻系数为0.12Ohm.cm，低于原始商业碳毡的电阻系数0.18-0.22Ohm.cm。
通过实施例1、2、3、4的制备方法制得的石墨烯复合碳毡，都能有效的提高碳毡的电化学性能，尤其实施例3、4中制备的复合碳毡性能最佳。实施例1中，由于配置糖溶液浓度过低时石墨烯与碳毡复合的点位偏少，石墨烯层片在碳毡上负载量较少，对电性能提升受到限制。同时较低的焦化温度使得碳毡内部的糖类焦化需要更长时间，所以在其余相同条件下制备的样品性能弱于实施例3。实施例2中，由于配置的糖溶液浓度过高时，石墨烯与碳毡复合的点位较多，石墨烯层片在碳毡上负载量很大，大量的石墨烯层片会影响液体在碳毡内部的流动性，反而造成电化学性能的下降。
本发明的方法制备的石墨烯复合碳毡具有优越的电化学性能，如图4所示。以实施例3中制备的样品为例，在阳极活化过硫酸盐降解卡马西平的测试中，40min内，使用阳极通电与石墨烯复合碳毡协同效应的体系降解率为82％，使用阳极通电与商业碳毡协同效应的体系降解率为58％。使用本发明的石墨烯复合碳毡(尤其是实施例3和4制得的)的降解体系比使用商业碳毡的降解体系的降解率提高了24％。
Claims (6)
1.一种石墨烯复合碳毡的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳毡放入在酸溶液中浸泡，然后震荡；
(2)将浸泡后的碳毡，用去离子水反复清洗，再干燥；
(3)将糖溶于去离子水中，配制成质量分数为2％-8％的溶液；
(4)将氧化石墨烯加入步骤(3)所得的溶液中；
(5)将步骤(2)干燥后的碳毡浸泡在步骤(4)的溶液中，然后震荡；
(6)将步骤(5)浸泡、震荡后的碳毡干燥；
(7)将步骤(6)中干燥后的碳毡置于真空炉中，加热升温至1300℃～1550℃；
(8)保温3-6h，然后冷却即得，
其中，步骤(3)所述糖选自葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖；步骤(4)中所述氧化石墨烯为单层片，片径为0.01-10μm，其浓度为1mg/mL-5mg/mL，步骤(7)中，所述碳毡以水平向上、直立向上、卷形与管壁平行其中一种方式放置，所述真空的真空度为1.0×10-2Torr～3.0×10-3Torr，所述加热升温时间为150min以上。
2.如权利要求1所述的制备方法，步骤(1)中，所述浸泡时间为3-6h，震荡时间为30-60min。
3.如权利要求1所述的制备方法，步骤(1)中，所述酸为硫酸、硝酸、盐酸或者硫酸与硝酸混合液。
4.如权利要求1所述的制备方法，步骤(2)中，所述干燥温度为50-100℃，干燥时间为1-3h。
5.如权利要求1所述的制备方法，步骤(5)中，所述震荡采用超声波震荡15min-30min。
6.如权利要求1所述的制备方法，步骤(6)中，所述干燥，其干燥温度为40-80℃，干燥时间为3h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110408893.3A CN113047035B (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110408893.3A CN113047035B (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113047035A CN113047035A (zh) | 2021-06-29 |
| CN113047035B true CN113047035B (zh) | 2023-04-25 |
Family
ID=76520334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110408893.3A Active CN113047035B (zh) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | 一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113047035B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113550142B (zh) * | 2021-07-20 | 2022-04-26 | 重庆信合启越科技有限公司 | 一种工业大批量生产直立式石墨烯复合碳毡的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9899120B2 (en) * | 2012-11-02 | 2018-02-20 | Nanotek Instruments, Inc. | Graphene oxide-coated graphitic foil and processes for producing same |
| CN107579259B (zh) * | 2017-08-14 | 2019-08-16 | 重庆大学 | 一种石墨烯改性碳毡的制备方法 |
| CN108878900B (zh) * | 2018-06-20 | 2021-06-11 | 湖南国昶能源科技有限公司 | 一种氮掺杂石墨烯改性碳毡的制备方法 |
| CN109473685A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-15 | 湖南国昶能源科技有限公司 | 一种石墨烯复合碳毡的制备方法 |
| CN110620243A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-12-27 | 厦门大学 | 一种功能化氧化石墨烯-碳毡复合材料的制备方法 |
| CN111509238B (zh) * | 2020-03-20 | 2021-09-24 | 山东奥德储能科技有限公司 | 一种宏量石墨烯改性电极材料的制备方法 |
| CN111834641B (zh) * | 2020-06-24 | 2022-03-15 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种石墨烯在离子液体中改性碳毡的制备方法 |
| CN112090400B (zh) * | 2020-07-24 | 2022-12-20 | 山西大同大学 | 一种负载氢氧化钙的石墨烯气凝胶复合材料的制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-04-16 CN CN202110408893.3A patent/CN113047035B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113047035A (zh) | 2021-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108579788B (zh) | 一种复合型钴钒氮化物纳米线电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN102082277B (zh) | 用于燃料电池的金属气体扩散层及其制备方法 | |
| CN112110435B (zh) | 细菌纤维素基碳气凝胶的制备方法 | |
| CN107934955B (zh) | 一种活化处理商用碳纤维布的方法 | |
| WO2022041852A1 (zh) | 一种在泡沫镍表面原位生长Ni-MOF薄膜光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113047035B (zh) | 一种石墨烯复合碳毡的高温制备方法 | |
| CN110124721B (zh) | 一种负载CoB纳米粒子的氮掺杂多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN107658474A (zh) | 一种氮硫共掺杂多孔碳微球及制备方法、用途和氧还原电极 | |
| CN105152170A (zh) | 一种蝉蜕基用于电化学电容器的多孔碳材料的制备方法 | |
| CN112495408A (zh) | 一种电催化析氢纳米材料的制备方法 | |
| CN103708450A (zh) | 一种石墨烯纳米带纸的制备方法 | |
| CN113667161B (zh) | 一种改性聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)接枝乙烯基咪唑阴离子交换膜的制备方法 | |
| CN111785980A (zh) | 一种直接甲酸燃料电池阳极用生物质基催化剂及其制备方法 | |
| Yu et al. | Three-dimensional porous carbon aerogels from sodium carboxymethyl cellulose/poly (vinyl alcohol) composite for high-performance supercapacitors | |
| CN113991127A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池气体扩散层及其制备方法 | |
| CN110670345B (zh) | 一种织构化碳纤维布/碳纳米管复合材料的制备方法 | |
| CN111710529A (zh) | 一种Co/Mn-MOF/氮掺杂碳基复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN112103090B (zh) | 一种自支撑柔性超级电容器 | |
| CN113718269A (zh) | 一种电催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN110844880B (zh) | 氟掺杂多孔碳纳米纤维负载碱金属储氢材料的制备方法 | |
| CN110890224B (zh) | 一种二硒化钼/碳纳米管阵列复合电极、制备方法及应用 | |
| CN107857250B (zh) | 一种蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料及其制备方法 | |
| CN111547719A (zh) | 一种3d多孔碳材料及其制备方法与应用 | |
| CN116525846A (zh) | 燃料电池用氮、硫共掺杂多孔纳米碳片负载Co9S8纳米颗粒复合催化剂及其制备方法 | |
| CN110112013B (zh) | 一种碳微纳球结构及超级电容器的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |