CN115162001A - 碳纤维的亲水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维的亲水处理方法，涉及电极材料领域技术领域，旨在解决目前作为电极材料的碳纤维材料亲水性能不佳的问题，提供了以下技术方案，包括以下步骤：S1对碳纤维材料进行除杂；S2将所述除杂后的碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中；S3用去离子水对所述经氨基磺酸饱和溶液浸泡的碳纤维材料进行清洗；S4烘干所述清洗后的碳纤维材料。
Description
技术领域
本发明涉及电极材料领域技术领域，特别是涉及一种碳纤维的亲水处理方法。
背景技术
近些年来人们研究了各种储能设备，例如燃料电池、锂电池、电容器等。而碳纤维凭借其电热性能优异、高导电性、耐高温、耐腐蚀等优点，常常作为电极材料使用。作为电极材料，碳纤维具有自支撑结构，可以为金属氧化物或金属氢氧化物等活性材料提供良好的附着点。
但是在现有技术中使用的碳纤维纸由于加入了大量树脂，碳纤维纸表面会产生一种较薄的树脂薄膜，此薄膜会堵塞碳纤维纸中的部分孔洞，这影响碳纤维纸的导气排水性能。另外，采取传统湿法造纸工艺制备的碳纤维纸孔径大小不一，孔径分布也不均匀，孔径过小时，不利于燃料电池气体扩散层碳纤维纸导气排水；碳维纸孔径过大时，影响电子传输效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供碳纤维的亲水处理方法，旨在解决目前作为电极材料的碳纤维材料亲水性能不佳的问题。
为实现上述目的，本发明提供的碳纤维的亲水处理方法包括以下步骤：
S1对碳纤维材料进行除杂；
S2将所述除杂后的碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中；
S3用去离子水对所述经氨基磺酸饱和溶液浸泡的碳纤维材料进行清洗；
S4烘干所述清洗后的碳纤维材料。
在本申请的一实施例中，S1对碳纤维材料进行除杂进一步包括以下步骤：将所述碳纤维材料和去离子水加入容器中进行振荡，并烘干所述碳纤维材料。
在本申请的一实施例中，S1对碳纤维材料进行除杂进一步包括以下步骤：将所述碳纤维材料进行加热，并将加热后的所述碳纤维材料冷却至室温。
在本申请的一实施例中，将碳纤维材料进行加热的方式包括微波加热，所述微波加热进一步包括以下步骤：
采用一组或多组频率的电磁波对所述碳纤维材料进行辐照加热，且所述微波加热的频率为1GHz-3GHz。
在本申请的一实施例中，所述微波加热进一步包括以下步骤：
采用一组频率为2.45GHz的电磁波对所述碳纤维材料进行辐照加热，加热的时间为5min。
在本申请的一实施例中，S1对碳纤维材料进行除杂进一步包括以下步骤：将所述碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为60～100℃的条件下进行冷凝回流，以部分/全部清除所述碳纤维表面的上浆剂以及杂质，并烘干所述碳纤维材料。
在本申请的一实施例中，S2将所述碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中的同时，进行超声波处理，所述超声波处理的时间为30min。
在本申请的一实施例中，所述超声波处理的功率为100W～400W。
在本申请的一实施例中，所述碳纤维材料为单向长纤维布、双向编织纤维布、无规短纤维中的一种。
本发明具有如下有益效果：
1.由于碳纤维材料具有多孔的特点，往往容易导致其孔中存有杂质，故采用常规的清洗方式，如冲洗等方式均存在除杂难度高的问题，本发明的碳纤维的亲水处理方法利用微波辐射发热的特点，对碳纤维材料进行高温加热，从而氧化有机质，进而达到除杂的目的。
2.与本发明的碳纤维的亲水处理方法采用氨基磺酸作为氧化剂，与现有技术中的采用硫酸、硝酸等氧化剂相比，氨基磺酸的化学性质更加稳定、不易挥发，且在工业制备过程中更容易保存和运输。
3.将所述碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中的同时进行超声波处理，能够大大缩短碳纤维的亲水处理的时间，提高碳纤维的亲水处理的效率。
4.目前现有技术中，对碳纤维进行亲水处理的方法还有采用离子清洁剂，即通过离子体作用于碳纤维的表面，使碳纤维的表面发生一系列反应，如活性粒子和高能射线，与表面有机污染物分子发生反应，从而碰撞形成小分子的挥发性物质，进而从表面移除，实现清洁效果。但是这种处理方式的维持时间较短，相比而言，本发明的碳纤维的亲水处理方法中利用氨基磺酸饱和溶液浸没碳纤维材料可以使碳纤维材料的表面形成丰富的含氧官能团，即氨基和磺酸基团，且氨基和磺酸基团均为亲水基团，亲水基团通过超声波作用对碳纤维材料进行改性处理，能够使得碳纤维材料的亲水效果更佳持久。
5.本发明所采用的碳纤维的亲水处理方法绿色环保、简单高效、可重复性好，易于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的示例性的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图，其中：
图1为本发明实施例碳纤维的亲水处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图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的示例性的实施例，而不是唯一的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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：
如图1所示，本发明提供的碳纤维的亲水处理方法包括以下步骤：
S1对碳纤维材料进行除杂。
具体地，将碳纤维材料和去离子水加入容器中进行振荡，并烘干碳纤维材料。优选地，碳纤维材料浸没于去离子水中，以更好的实现除杂的目的；振荡可以人工振荡，也可以通过现有技术中的振荡器进行振荡。在完成振荡操作后，取出去离子水中的碳纤维材料并烘干。
S2将所述除杂后的碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中。
具体地，通过将碳纤维材料浸没于氨基磺酸饱和溶液中，以在碳纤维材料的表面形成丰富的含氧官能团，含氧官能团进一步包括氨基和磺酸基，由于含氧官能团的亲水性较好，进而改善碳纤维材料的亲水性。优选地，将除杂后的碳纤维材料浸没在谈及磺酸饱和溶液中的同时进行超声波处理，利用超声波处理，有利于提高形成含氧官能团的效率，进而提高碳纤维的亲水处理的效率。优选地，超声波处理的时间为30min，超声波处理的功率为100W～400W，从而进一步提高亲水处理的效率。
S3用去离子水对所述经氨基磺酸饱和溶液浸泡的碳纤维材料进行清洗。
具体地，在碳纤维材料的表面形成亲水性较好的含氧官能团之后，再次用离子水对碳纤维材料进行清洗，以将碳纤维材料中的氨基磺酸饱和溶液清洗干净，以及对碳纤维材料进一步除杂。优选地，用去离子水对碳纤维材料进行清洗，直至用于对碳纤维进行清洗的去离子水的PH值为7时，视为清洗完成。
S4烘干所述清洗后的碳纤维材料。
具体地，烘干碳纤维材料后即完成碳纤维的亲水处理操作，最终得到亲水性能有所提高的碳纤维材料。
优选地，碳纤维材料为单向长纤维布、双向编织纤维布、无规短纤维中的任一种。
实施例2：
本发明提供的碳纤维的亲水处理方法包括以下步骤：
S1去除碳纤维材料中的杂质。
具体地，将碳纤维材料进行加热，将碳纤维材料进行加热的方式包括微波加热，即采用一组或多组频率的电磁波对碳纤维材料进行辐照加热，且微波加热的频率为1GHz-3GHz。优选地，采用一组频率为2.45GHz的电磁波对碳纤维材料进行辐照加热，加热的时间为5min，从而在不破坏碳纤维材料的同时实现有效的除杂。加热后将碳纤维材料冷却至室温，以便进行后续的操作。
步骤S2-S4均与实施例1相同。
实施例3：S1去除碳纤维材料中的杂质。
具体地，将所述碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为60～100℃的条件下进行冷凝回流，以部分/全部清除所述碳纤维表面的上浆剂以及杂质，并烘干所述碳纤维材料。优选地，冷凝回流的时间为2h-4h。采用上述技术方案，能够进一步提高除杂的效果，进而有利于提高后续的亲水处理的效果。
步骤S2-S4均与实施例1相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1对碳纤维材料进行除杂；
S2将所述除杂后的碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中；
S3用去离子水对所述经氨基磺酸饱和溶液浸泡的碳纤维材料进行清洗；
S4烘干所述清洗后的碳纤维材料。
2.根据权利要求1所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，S1对碳纤维材料进行除杂进一步包括以下步骤：将所述碳纤维材料和去离子水加入容器中进行振荡，并烘干所述碳纤维材料。
3.根据权利要求1所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，S1对碳纤维材料进行除杂进一步包括以下步骤：将所述碳纤维材料进行加热，并将加热后的所述碳纤维材料冷却至室温。
4.根据权利要求3所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，将碳纤维材料进行加热的方式包括微波加热，所述微波加热进一步包括以下步骤：
采用一组或多组频率的电磁波对所述碳纤维材料进行辐照加热，且所述微波加热的频率为1GHz-3GHz。
5.根据权利要求4所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，所述微波加热进一步包括以下步骤：
采用一组频率为2.45GHz的电磁波对所述碳纤维材料进行辐照加热，加热的时间为5min。
6.根据权利要求1至4任一项所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，S1对碳纤维材料进行除杂进一步包括以下步骤：将所述碳纤维放入装有丙酮的索氏提取器中，在温度为60～100℃的条件下进行冷凝回流，以部分/全部清除所述碳纤维表面的上浆剂以及杂质，并烘干所述碳纤维材料。
7.根据权利要求1所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，S2将所述碳纤维材料浸没在氨基磺酸饱和溶液中的同时，进行超声波处理，所述超声波处理的时间为30min。
8.根据权利要求6所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，所述超声波处理的功率为100W～400W。
9.根据权利要求1所述的碳纤维的亲水处理方法，其特征在于，所述碳纤维材料为单向长纤维布、双向编织纤维布、无规短纤维中的一种。
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