CN1603478A - 手性螺旋碳纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
手性螺旋碳纤维以铁的纳米颗粒为中心呈高度对称生长，碳纤维的粒径约为铁颗粒的直径。其制备方法是以铁的氧化物为催化剂前驱物，此氧化物以氯化亚铁或硫酸亚铁为原料，柠檬酸为络合剂，无水乙醇为溶剂形成均匀非水溶胶的制备方法，经过络合后在空气中干燥形成干凝胶，空气中预焙烧去除有机物而得到。在H2气氛中450℃下还原即得到Fe纳米颗粒催化剂。制备工艺简单、过程容易控制，适宜大规模生产。炭纤维的粒径约为铁的纳米颗粒的直径，以铁催化剂为对称中心成高度对称生长。本方法制备出来的炭纤维高度对称，每个催化剂粒子上生长两根炭纤维，一根为左手，一根为右手，且纤维的直径、卷曲的直径、卷曲的圈数、生长方向都一样。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种具有高度对称的手性纳米螺旋炭纤维纳米及其制备方法。尤其是铁的催化剂纳米颗粒及其制备方法。
二、背景技术
自从手性螺旋炭纤维被发现以来，许多科学家已经预言并证实了这种新的炭结构的独特物理化学性质。目前实验似乎远远落后于理论，因为所制备的螺旋不纯，往往含有直杆结构。且目前的制备主要靠在催化剂中参杂硫等杂质，并引入不纯气体，条件极为复杂，且难于控制。还有一种方法，就是把催化剂前驱物提前用手性试剂进行处理。本方法是这两种方法的有力补充，且更简单，易控制，所得螺旋的产量非常高。
三、发明内容
本发明的目的在于寻找一种新的手性螺旋炭纤维制备方法。本发明采用铁做催化剂，此催化剂通过非水途径的溶胶凝胶结合氢气还原法而制备得到，因此，铁纳米颗粒细小且均匀，以文献报道的大的铁颗粒相比，具有更大的催化活性。本发明工艺具有不加入任何不纯气体和杂质，且在较低的温度下催化裂解乙炔的特性。因此，此制备工艺简单、过程容易控制，适宜大规模生产。
本发明的技术方案是：以氯化亚铁或硫酸亚铁为原料，柠檬酸为络合剂，无水乙醇为溶剂经过络合后形成溶胶经过蒸发干燥形成凝胶，空气中80-120℃预焙烧去除有机物，去除有机物形成干凝胶，后在400℃下烧结得到氧化纳米铁粉体，把此粉体作为催化剂前驱物装入陶瓷磁舟中放入石英管中，再在H2气氛中450℃下还原即得到纳米铁催化剂；氯化亚铁或硫酸亚铁和柠檬酸的摩尔比为1∶1.0～1∶5.0；络合反应温度为50-90℃，反应时间4-10小时；蒸发干燥温度为70-90℃；干凝胶在空气中预烧温度为300-600℃，焙烧时间4-10小时；在氢气中还原温度为300-900℃，还原时间为3-6小时，关闭氢气，立刻导入乙炔气，保温5-7小时，乙炔导入并保温温度为300-600℃。
用本发明的方法制备的铁颗粒，粒径分布均匀，一般为小于100纳米。文献报道的铁做催化剂只能催化裂解乙炔产生碳的纳米管，且温度较高，而产生手性螺旋炭纤维从未见报道，更谈不上实际应用。而本发明制备的粒径小于100纳米的铁纳米颗粒，具有独特的催化性能，可在450℃温度下完全裂解乙炔，产生手性螺旋炭纤维。
常用的铁盐为氯化亚铁或硫酸亚铁，络合剂除柠檬酸外。
用本发明制备的产品通过以下手段进行结构和性能表征：利用日本JEOL公司生产的JEM-200 CX透射电子显微镜(TEM)和FE-SEM直接观察产品的形状和尺寸；采用红外光谱，分析乙炔裂解情况。
本发明采用非水溶剂，因此有效防止纳米粒子的硬团聚的产生，所得铁的纳米粒子具有较小的粒径和较窄的粒径分布，因此具有较大的和独特的催化活性。制备工艺简单、过程容易控制，适宜大规模生产。本方法制备出来的产品具有以催化剂为中心，每个催化剂粒子上生长两根手性螺旋炭纤维，且呈现高度对称的特点。另外制备出的螺旋炭纤维生产在具有很高磁性的铁颗粒上，可能具有特殊的应用。
四、附图说明
图1是实例1制备的产品的典型的电镜观测结果，从图中可见产品具有极好的手性螺旋纤维结构，且两根对称的炭纤维具有相反手性的特点，一根为左手，另一根为右手。
图2是实例1制备过程中制备的产品的场发射扫描电镜观测结果，从图中可以看出，产品为大量的螺旋手性炭纤维，直径较为均匀。
图3是实例1制备的产品的红外结果，从图中可以看出，没有饱和和不饱和的炭氢键存在，表明乙炔已完全裂解为炭。在此相对较低的温度下完全裂解炭氢链，表明制备的铁纳米粒子具有大的催化活性。
图4是实例2制备过程中，在700℃温度下得到的产品的TEM照片，说明在此温度下手性螺旋炭纤维不能得到，得到的产品为一般的铁做催化剂一样的结果，为炭的纳米管，说明催化温度对产品形貌的影响很大。
图5是实例3制备的产品的电镜观察结果，结果表明还原温度和实例1一样为450℃，催化裂解温度也与实例1一样为450℃，但产品的形貌为直杆和片状的炭纤维，得不到手性螺旋炭纤维。表明与一般的铁的纳米粒子相比，实例1制备的铁纳米粒子具有全新的催化特性。
五、具体实施方式
以下是本发明的实施例(实施例中所用试剂为化学纯)。
实施例1：强搅拌下，将0.01mol FeCl2·4H2O和0.015mol柠檬酸溶于100mL无水乙醇中，60℃持续搅拌6小时，形成均匀透明溶胶；80℃蒸发干燥直至生成干凝胶；干凝胶在空气中450℃预焙烧3小时，然后置于管式炉中氢气气氛中450℃还原4小时。然后关闭氢气，立刻导入乙炔气，450℃下保温六小时，后冷却至室温，得到的炭纤维电镜观测结果见图1，场发射扫面电镜观察结果见图2和红外分析见图3。
实施例2：强搅拌下，将0.01mol FeCl2·4H2O和0.015mol柠檬酸溶于100mL无水乙醇中，60℃持续搅拌6小时，形成均匀透明溶胶；80℃蒸发干燥直至生成干凝胶；干凝胶在空气中450℃预焙烧3小时，然后置于管式炉中氢气气氛中450℃还原4小时。后快速升温至700℃，然后关闭氢气，立刻导入乙炔气，700℃下保温六小时，后冷却至室温，得到的炭纤维电镜观测结果见图4。
实施例3：采用普通的氧化铁纳米颗粒为催化剂前驱物，然后置于管式炉中氢气气氛中450℃还原4小时。然后关闭氢气，立刻导入乙炔气，450℃下保温5-7小时，后冷却至室温，得到的炭纤维电镜观测结果见图5。
Claims (4)
1、手性螺旋碳纤维，其特征是以纳米铁颗粒为中心呈高度对称生长，碳纤维的粒径约为铁颗粒的直径。
2、手性螺旋碳纤维的制备方法，其特征是以氯化亚铁或硫酸亚铁为原料，柠檬酸为络合剂，无水乙醇为溶剂经过络合后形成溶胶经过蒸发干燥形成凝胶，空气中80-120℃预焙烧去除有机物，去除有机物形成干凝胶，后在400℃下烧结得到氧化纳米铁粉体，把此粉体作为催化剂前驱物装入陶瓷磁舟中放入石英管中，再在H2气氛中450℃下还原即得到纳米铁催化剂；氯化亚铁或硫酸亚铁和柠檬酸的摩尔比为1∶1.0～1∶5.0；络合反应温度为50-90℃，反应时间4-10小时；蒸发干燥温度为70-90℃；干凝胶在空气中预烧温度为300-600℃，焙烧时间4-10小时；在氢气中还原温度为300-900℃，还原时间为3-6小时，关闭氢气，立刻导入乙炔气，保温5-7小时，乙炔导入并保温温度为300-600℃。
3、由权利要求2所述的手性螺旋碳纤维的制备方法，其特征是铁盐和柠檬酸的摩尔比为1∶1.0～1∶3.0；络合反应温度为50-90℃，反应时间4-10小时。
4、由权利要求2所述的手性螺旋碳纤维的制备方法，其特征是在氢气中还原温度为400℃，还原时间为4小时，关闭氢气，立刻导入乙炔气，保温5-7小时，乙炔导入并保温温度为450℃。
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Cited By (5)
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| CN101451278B (zh) * | 2007-12-03 | 2011-03-16 | 西北工业大学 | 螺旋形炭纤维的制备方法 |
| CN102502584A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-06-20 | 南京大学 | 可控合成碳纳米纤维、碳纳米管和碳纳米螺旋的方法 |
| CN103015165A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-04-03 | 中南大学 | 一种新型具有螺旋结构的碳纤维及其制备方法 |
| CN107866225A (zh) * | 2016-09-28 | 2018-04-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种FeCl2‑Cu/碳布电解催化剂的制备方法及应用 |
| CN111593575A (zh) * | 2019-02-20 | 2020-08-28 | 江苏唐工纺实业有限公司 | 一种防电磁辐射面料的制备方法 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101451278B (zh) * | 2007-12-03 | 2011-03-16 | 西北工业大学 | 螺旋形炭纤维的制备方法 |
| CN102502584A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-06-20 | 南京大学 | 可控合成碳纳米纤维、碳纳米管和碳纳米螺旋的方法 |
| CN103015165A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-04-03 | 中南大学 | 一种新型具有螺旋结构的碳纤维及其制备方法 |
| CN107866225A (zh) * | 2016-09-28 | 2018-04-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种FeCl2‑Cu/碳布电解催化剂的制备方法及应用 |
| CN111593575A (zh) * | 2019-02-20 | 2020-08-28 | 江苏唐工纺实业有限公司 | 一种防电磁辐射面料的制备方法 |
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