[发明专利]一种低温制备氟化碳材料的方法

说明书

本发明属于氟化碳材料制备的技术领域，具体涉及一种低温制备氟化碳材料的方法。本发明以碳材料为原料，将碳材料通过Improved法制备成氧化碳材料，然后将所述氧化碳与氟化剂反应，经过碱液处理、水洗烘干得到所述氟化碳材料。本发明通过控制氧化碳材料的氧化程度、氟化温度和反应时间制备具有不同氟含量（3~65%）的氟化碳材料，且氟化碳材料无游离氟和氟化氢存在。氟化碳材料在导电添加剂、锂电池、超级电容器、固体润滑、功能涂料等诸多领域具有较强的应用前景，且工艺简单安全，成本低，绿色环保。

技术领域

本发明属于氟化碳材料制备的技术领域，具体涉及一种低温制备氟化碳材料的方法。

背景技术

作为碳材料的重要衍生物，氟化碳材料由于具有极低的表面能和层间能、优异的化学稳定性和热稳定性以及超高理论比容量，使其在固体润滑、防腐防污和电池电极材料等领域受到广泛关注。

氟化碳材料是通过碳和氟反应，打破碳层π键形成C-F键构成的一种化合物，与N、O、P、B、S等元素掺杂原理相同，是修饰和调节碳材料性能的最有效方法之一。其中氟含量的高低对其各方面的性能，如其表面极性、电化学性能、吸附性能和电导性等有着直接的影响，因此生产具有不同氟含量的高质量氟化碳材料成为拓展其应用领域的关键技术。

目前生产氟化碳材料有两种技术路线：一种是高温氟化法，先将碳材料放入特定反应器，通入氮气一段时间去除杂质，然后通入含氟气体（如氟气或氟气混合气等），在高温条件下（300 ~ 600℃）反应得到氟化碳材料；另一种是低温氟化法，碳材料先与催化剂反应（五氟化锑等）形成层间化合物，然后在低温（100 ~ 200℃）条件下与含氟试剂反应形成氟化碳材料。然而高温氟化法中反应物氟气等在高温条件下反应，极易引起爆炸和氟气泄露，非常危险；同时高温条件下氟气腐蚀性非常强，对碳材料本身结构破坏较为严重，且会生成大量副产物，从而造成氟化碳材料品质和收率降低。低温氟化法虽避免了爆炸的危险，但催化剂的残留会导致氟化碳材料品质大大降低，进而限制了高质量氟化碳材料的大批量生产。

所以如何安全、高质量的生产具有不同氟含量的氟化碳材料是现有技术领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对目前氟化碳材料生产中存在的安全系数低、质量差和品类少等问题，提供一种安全、高质量的生产具有不同氟含量的氟化碳材料的方法，具体为将碳材料通过改进的Improved法制备氧化碳材料，然后将所述氧化碳材料与氟化剂反应，经过碱液处理、水洗烘干得到所述氟化碳材料。该方法所制备的氟化碳产量高达50吨/年，氟含量范围广泛（3~65%）并可精确调控，在防腐防污涂料、锂电池、超级电容器、固体润滑、吸附剂、导电添加剂等诸多领域具有较强的应用前景，且工艺简单安全，品质高且种类齐全。

本发明的技术方案如下：

一种低温制备氟化碳材料的方法，包括以下步骤：

（1）将碳材料通过改进的Improved法制备氧化碳材料；

（2）将步骤（1）得到的氧化碳材料在密闭的反应炉内与氟化剂反应，得到氟化碳材料粗产品，氟化剂为F₂/N₂混合气；

（3）将步骤（2）得到的氟化碳材料粗产品经过碱液处理、水洗、烘干后得到氟化碳材料产品。

本发明的特点还有：

步骤（1）中所述的碳材料包括石墨、碳纤维、活性炭、科琴黑、石墨负极粉、碳黑和碳纳米管等，其碳含量大于95%。