[发明专利]一种在碳纤维表面制备水热碳层的方法及其应用

权利要求书

1.一种在碳纤维表面制备水热碳层的方法，其特征在于包括：将包含有碳纤维、0.1～5wt%碳源和活化剂的水热反应液置入密封反应容器中，并在压力为0.6～5MPa、温度为150～300℃的条件下反应1～24h，从而在碳纤维表面原位生成连续的水热碳层，所述活化剂包括氯化铵和/或氢氧化钾，所述水热反应液中活化剂的含量为0.01～3wt%；

所述碳纤维材料包括碳纤维以及经原位连续生成而覆盖于所述碳纤维表面的水热碳层，所述水热碳层的厚度为40～500nm，所述水热碳层表面粗糙且具有复数个不规则片状或翅状异形突起，所述水热碳层表面具有羰基、醌基和羟基中的任意一种或两种以上的组合的官能团，所述水热碳层表面的官能团含量为20～50wt%，所述水热碳层的比表面积为0.6～5m²/g。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应的温度为170～240℃。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述反应的温度为190～200℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应的时间为3～6h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水热反应液中碳源的含量为0.2～5wt%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水热反应液包括包含有碳源的水溶液或分散液。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述碳源包括天然物质碳源。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述碳源包括水溶性糖类物质、水溶性多糖类物质和易水解多糖类物质中的任意一种或两种以上的组合。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述碳源包括葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、果胶、淀粉、纤维素和土豆中的任意一种或两种以上的组合。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述碳源包括葡萄糖、蔗糖和纤维素中的任意一种或两种以上的组合。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纤维包括碳纤维粉、短切碳纤维、碳纤维长丝和碳纤维织物中的任意一种或两种以上的组合。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：反应结束后，将反应体系降温至常温，并进行过滤，之后对所得固形物进行清洗、干燥。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述清洗所用洗涤剂包括水和/或极性溶剂。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述水包括去离子水和/或自来水。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述异形突起为高度无序的无定型碳。

16.权利要求1-15中任一项所述方法制备的碳纤维材料于碳纤维复合材料制备、污水处理、贵重金属回收、金属离子吸附、锂离子电池电极制备或超级电容器材料制备领域中的应用。