專利名稱：一種炭中空纖維及其合成方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種炭中空纖維及其合成方法和用途，炭中空纖維為一種新型材料。
背景技術：
中空纖維是近年來發展起來的一種新型結構材料，廣泛應用于超濾、微濾、分離、滲析等領域，是目前研究的熱點之一。目前這方面的研究較多的集中在聚合物中空纖維，如聚砜、聚烯烴、聚纖維素酯、聚乙烯醇等。其他材料的中空纖維尚比較少見。
炭中空纖維作為一種新型材料，它同時集中了中空纖維的優勢與炭材料的特性，與傳統的聚合物中空纖維材料相比較，具有更廣泛的應用價值。
但目前炭中空纖維的合成方法較為復雜，現有的炭中空纖維的合成方法一種是利用雙組分聚合物進行擠塑，得到實心纖維材料，控制聚合物體系，讓內層聚合物高溫熔融揮發，而外層聚合物高溫炭化，從而得到炭中空纖維；另一種是直接合成中空聚合物材料，而后經過不熔融炭化處理，獲得炭中空纖維。這些方法操作過程繁瑣，工藝復雜，生產成本高，對聚合物纖維的要求高，選擇面窄，不利于炭中空纖維的廣泛應用。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的操作過程繁瑣，工藝復雜，生產成本高等不足，并提供一種炭中空纖維及其合成方法和用途。這種炭中空纖維材料具有優良的力學性能、良好的導電性、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、高的吸附能力，在催化、吸附、傳感、電極材料、能源儲存等方面顯示出良好的應用前景，且合成方法簡單易行。
本發明提供的技術方案是該炭中空纖維至少由外層炭殼和空心核組成，外層炭殼為多孔結構，且孔與空心核互相連通；并且炭中空纖維呈管狀外觀，外徑為250μm-750μm，內徑為150μm-650μm，炭殼厚度為50μm-100μm。而且，炭中空纖維的空心核為聚合物中空纖維材料的空心核。
本發明還提供了上述炭中空纖維的合成方法以聚合物中空纖維為模板，在聚合物中空纖維上吸附高溫不揮發炭源后，在隔絕空氣和氧氣條件下，于673K～1473K的高溫炭化，從而得到炭中空纖維。
上述用做模板的聚合物中空纖維可以是親水性中空纖維，對應所用炭源為親水性炭源，親水性中空纖維可以是聚醚砜，親水性炭源可以是蔗糖溶液。聚合物中空纖維也可以是親油性中空纖維，對應所用炭源為親油性炭源。親油性中空纖維可以是聚丙烯，親油性炭源可以是苯乙烯、二乙烯基苯、丁二烯或糠醇。
上述炭源吸附在聚合物中空纖維表面的方法可以噴涂吸附或浸潤吸附，吸附次數可以是1-5次。
本發明提供的炭中空纖維可用作吸附材料、儲能材料、保溫絕熱材料、微反應器。
由于本發明提供的炭中空纖維由外層炭殼和空心核組成，外層炭殼為多孔結構，且孔與空心核互相連通，因此比表面較大，有較強吸附能力，可作為吸附材料用于廢水、污染物等的處理。同時這種炭中空纖維的多孔結構也能儲存大量氣體，用作儲能材料和保溫絕熱材料。又因其具有空心核結構，所以可作為微反應器載體；用作模板材料，用于其他纖維狀材料的合成。
具體實施例方式
本發明所述的炭中空纖維至少由外層炭殼和空心核組成，外層炭殼為多孔結構，且孔與空心核互相連通，空心核為聚合物中空纖維材料的空心核。且炭中空纖維呈管狀外觀，外徑為250μm-750μm，內徑為150μm-650μm，炭殼厚度為50μm-100μm。
下面為制備這種炭中空纖維的實施例。
實施例1將5ml苯乙烯、5ml二乙烯基苯、500mg偶氮二異丁腈充分混合后，通氮氣10min，取聚丙烯中空纖維放入上述混合液，浸泡2h后取出，密封，放入烘箱中于343K反應5h。爾后將材料取出并置于坩堝中，用活性炭將坩堝整體包埋，于馬弗爐中1173K灼燒2h，自然冷卻后，即得炭中空纖維材料，該炭中空纖維壁厚約50μm，其內徑約為500μm。
實施例2首先按蔗糖∶濃硫酸∶水＝2.5g∶0.3g∶10mL配置蔗糖和硫酸混合液。將聚醚砜浸泡在此混合液中，待充分潤濕后取出晾干，完全干燥后，從室溫開始，2K/min的升溫速度升溫至673K并保持5h，讓蔗糖充分脫水炭化。此過程重復進行3次，得炭中空纖維材料。該炭中空纖維壁厚約為100μm，其內徑約為250μm。
以下為該炭中空纖維的用途的實施例。
實施例3炭中空纖維球用于環境污染物的吸附多環芳烴是一類較常見的環境污染物。取一含多環芳烴的水樣，在254nm測其紫外吸收，由于多環芳烴的存在，水樣有明顯的紫外吸收。將按實施例1合成的炭中空纖維材料填裝在一濾柱中，讓水樣通過此濾柱，再對水樣進行紫外吸收檢測。發現經炭中空纖維處理后的水樣無紫外吸收，可見炭中空纖維對多環芳烴有較強的吸附能力，適宜用于環境污染物的去除。
實施例4炭中空纖維用于模板合成將鈦酸丁酯、水、鹽酸、乙醇按1mL∶0.2mL∶0.2mL∶5mL的比例混合，取按本發明實施例2合成的炭中空纖維，浸潤在上述鈦溶膠中，炭中空纖維充分吸附飽和后，取出抽濾片刻，放入烘箱343K反應12h。鈦溶膠以炭中空纖維為支撐進行溶膠—凝膠反應，經干燥灼燒處理灼燒后，可獲得二氧化鈦中空纖維材料。
權利要求
1.一種炭中空纖維，其特征在于它至少由外層炭殼和空心核組成，外層炭殼為多孔結構，且孔與空心核互相連通。
2.根據權利要求1所述的炭中空纖維，其特征在于炭中空纖維呈管狀外觀，外徑為250μm-750μm，炭殼厚度為50μm-100μm，其內徑為150μm-650μm。
3.根據權利要求1或2所述的炭中空纖維，其特征在于空心核為聚合物中空纖維材料的空心核。
4.權利要求1所述炭中空纖維的合成方法，其特征在于以聚合物中空纖維為模板，在聚合物中空纖維上吸附高溫不揮發炭源后，在隔絕空氣和氧氣條件下，于673K～1473K的高溫炭化，從而得到炭中空纖維。
5.根據權利要求4所述的炭中空纖維的合成方法，其特征在于聚合物中空纖維可以是親水性中空纖維，對應所用炭源為親水性炭源。
6.根據權利要求5所述的炭中空纖維的合成方法，其特征在于親水性中空纖維可以是聚醚砜，親水性炭源可以是蔗糖溶液。
7.根據權利要求4所述的炭中空纖維的合成方法，其特征在于聚合物中空纖維可以是親油性中空纖維，對應所用炭源為親油性炭源。
8.根據權利要求7所述的炭中空纖維的合成方法，其特征在于親油性中空纖維可以是聚丙烯，親油性炭源可以是苯乙烯、二乙烯基苯、丁二烯或糠醇。
9.根據權利要求4所述的炭中空纖維的合成方法，其特征在于吸附炭源方式為噴涂吸附或浸潤吸附，吸附次數是1-5次。
10.權利要求1所述的炭中空纖維作為吸附材料、儲能材料、保溫絕熱材料、微反應器的應用。
全文摘要
本發明提供了一種炭中空纖維及其合成方法和用途，該炭中空纖維至少由外層炭殼和空心核組成，外層炭殼為多孔結構，且孔與空心核互相連通。該炭中空纖維制備方法是以聚合物中空纖維為模板，在聚合物中空纖維上吸附高溫不揮發炭源后，在隔絕空氣和氧氣條件下，于673K～1473K的高溫炭化，從而得到炭中空纖維。這種炭中空纖維由于具有多孔結構，比表面較大，可用作吸附材料、儲能材料、保溫絕熱材料、微反應器。
文檔編號B01D71/00GK1895757SQ20061001946
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者施治國, 馮鈺锜 申請人:武漢大學