[发明专利]一种不含金属催化剂的碳纳米纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种不含金属催化剂的碳纳米纤维及其制备方法与应用，其制备方法为：将秸秆退火产生烃类气体，烃类气体热分解产生的碳原子被载气传输到下游木炭粉表面生长碳纳米纤维，同时，下游木炭粉的粗糙表面作为催化碳纳米纤维生长的催化位点。本发明利用秸秆作为前驱体在木炭粉表面催化生长碳纳米纤维，具有成本低、可再生性、可以大量获得的优点，并且整个制备过程既不需要过渡金属催化剂，也不需要使用高压的碳氢气体。此外，通过抽滤方法将所得碳纳米纤维制成滤膜以后，还可以分离柴油包水乳液。

技术领域

本发明涉及一种不含金属催化剂的碳纳米纤维及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

碳纳米纤维具有低密度、高电导率、高机械稳定性等优点，因此，在油类吸收剂、油水分离、电化学催化剂载体、超级电容器等领域具有广泛的应用。目前，碳纳米纤维的制备方法主要包括静电纺丝、碳化、水热处理、微波辐照以及化学气相沉积。与其它几种方法相比，化学气相沉积法具有操作简单和成本低等优点，因此，化学气相沉积法被广泛研究用于制备碳纳米纤维。Yu等人的工作表明，利用化学气相沉积过程中镍纳米颗粒的催化作用，可以实现碳纳米纤维的可控生长(B.Yu,et al.Temperature-dependent chemical state ofthe nickel catalyst for the growth of carbon nanofibers.Carbon 96,904-910(2016)；B.Yu等人，取决于温度的、用于生长碳纳米纤维的镍催化剂的化学态。碳，卷96,页码904-910(2016年))。

但是，发明人研究发现，这种方法具有明显的缺点，即碳纳米纤维内部的镍催化剂即使经过高腐蚀性的强酸腐蚀都难以彻底去除，从而限制了这种碳纳米纤维的应用领域。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种不含金属催化剂的碳纳米纤维及其制备方法与应用，该方法能够实现不含金属催化剂的碳纳米纤维的低成本和规模化生产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种碳纳米纤维的制备方法，将秸秆退火产生烃类气体，烃类气体热分解产生的碳原子被载气传输到下游木炭粉表面生长碳纳米纤维，同时，下游木炭粉的粗糙表面作为催化碳纳米纤维生长的催化位点。

经实验发现，当秸秆退火温度在500～800℃下能够实现碳纳米纤维的生长。

另一方面，一种碳纳米纤维，由上述制备方法获得。

上述方法制备的碳纳米纤维中不含有金属催化剂，能够避免金属催化剂杂质对碳纳米纤维的应用产生不利影响。

第三方面，一种上述碳纳米纤维在制备滤膜重点应用。

第四方面，一种滤膜，由上述碳纳米纤维制备获得。

第五方面，一种上述碳纳米纤维或滤膜在乳液中油水分离的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明利用秸秆作为前驱体在木炭粉表面催化生长不含金属催化剂的碳纳米纤维，具有成本低、可再生性、可以大量获得的优点，并且整个制备过程既不需要过渡金属催化剂，也不需要使用高压的碳氢气体。

2.本发明制备的碳纳米纤维具有优良的疏水/亲油性能，因此，通过抽滤方法将其制成碳纳米纤维滤膜以后，可以选择性地只允许柴油包水乳液中的柴油通过滤膜，从而实现柴油包水乳液的高效分离。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。