一种γ-石墨单炔改性纤维织物的制备方法

一种
γ-石墨单炔改性纤维织物的制备方法
技术领域
1.本发明涉及纺织材料技术领域，具体涉及一种γ-石墨单炔改性纤维织物的制备方法。

背景技术：

2.石墨炔作为一种二维结构碳材料，由苯环和碳炔组成的新型碳同素异形体，根据六元碳环间炔键的数量可分为石墨单炔，石墨双炔等，此外，基于石墨炔特殊的结构和电子特性，如良好的导电性，优于石墨烯的电子迁移率及均匀的孔结构等。因此，可以作为理想的功能填料，赋予材料优异的性能。因此，石墨炔可以被应用于一些功能材料的研究领域，如制备石墨炔改性功能纺织品。
3.目前，石墨炔应用于改性功能纺织品方面的研究未见报道，但已有的石墨烯改性织物纤维或石墨烯改性织物基础材料主要通过熔融共混法或原位聚合法制备得到(cn109762401b；cn111893778a；cn107724070a)。所谓熔融共混法，是以在熔融状态下的聚合物单元的流动物理状况为推动力，在石墨烯包围的环境下形成复合材料。该方法利用聚合物的流动性代替了溶液混合法中的溶剂，避免了溶剂的脱除，在工艺过程上更为简捷与方便。所谓原位聚合法，是将石墨烯和聚合物单元在催化剂的催化下，引发剂引发聚合反应制备石墨烯/聚合物复合材料。然而，这两种制备方法均存在一定缺陷。高温熔融是一个物理过程，最终得到的产物存在结合不够紧密的问题；而原位聚合一般为化学过程，能够克服结合不够紧密的问题，但工业化生产难度较高。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种采用浸渍法负载石墨炔提升织物纤维性能的方法。利用本发明提供的方法得到的石墨炔改性纤维织物，力学性能、电催化性能等进一步增强，且方法简单、成本低，适合工业化生产。
5.本发明的技术方案：提供铁、氮共掺杂γ石墨单炔的制备方法及其应用，其特征在于它的具体制备步骤如下：
6.(1)将碳化钙和六卤苯加入球磨罐，利用球磨方法制备γ型石墨单炔；
7.(2)将石墨单炔、三聚氰胺分散在乙醇中，超声处理得到悬浮液；
8.(3)将六水合氯化铁加入悬浮液中，在ar条件下搅拌24h充分混合；
9.(4)将上述溶液真空干燥；
10.(5)采用高温还原技术，在真空状态下，将经步骤(4)制备的γ型石墨单炔样品放入真空管式炉装置中进行高温处理。
11.(6)将预处理过后的干燥的织物浸泡于浓度为2.0mg/ml的混合溶液中并超声处理10min。
12.(7)待处理过的γ-石墨单炔充分负载于织物上后捞出，放入烘箱进行干燥。
13.反应完成后对样品进行结构表征和电化学性能测试。
14.本发明中，六卤苯选用的是六溴苯。
15.本发明中，石墨炔样品为球磨法制备的γ型石墨单炔，球磨珠采用2-5mm小尺寸锆珠，球磨时间12-18h，球磨转速600-800rpm。
16.本发明中，超声处理30min。
17.本发明中，反应在ar条件下搅拌时间为24h。
18.本发明中，溶液真空干燥时间为12h。
19.本发明中，高温处理温度为900℃，时间为1h。
20.本发明中，对织物预处理：首先将4g原始织物浸渍在混合溶液中(1000ml去离子水、227ml h2o2、4g na2sio3和10g naoh)，然后加热至90℃水浴加热保温1小时后取出样品。活化后的织物用去离子水冲洗三次并在60℃真空烘箱中干燥12h。
21.以现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用浸渍法将石墨炔复合材料负载于织物上，不同于以往熔融共混法或原位聚合法，因而大大节约了能量和操作成本；同时可避免引入交联剂，在提高产品纯净性的同时，也减小了毒性与污染。另外，石墨炔自身优异的力学性能和功能特性赋予复合材料高强度和抗静电等功能性。综合来说，本发明提供的采用浸渍法改性织物的方法不仅增强了纤维织物的柔性，还进一步增强了织物的力学性能、电性能等。
22.本发明突出的实质性特点和显著进步可以从以下实施例中得以体现，但不限于此。
附图说明
23.(1)图1为γ-石墨单炔改性纤维织物的数码照片；
24.(2)图2为实例1-3的扫描电镜图(sem)；
25.(3)图3为实例1-3的扫描电镜图元素分布图像(eds)；
26.(4)图4为实例1-3的x射线光电子能谱全谱；
27.(5)图5为实例1-3的电化学循环伏安曲线(cv)；
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明提供的一种使用管式炉高温还原处理装置改性石墨单炔材料的制备方法进一步详细介绍。应理解具体实例只用于解释和介绍本发明，并不能限制本发明的应用范围。对本发明所做的任何修改和变动，在不脱离本发明的目的和范围内的均落入本发明的保护范围。
29.实施方式中，采用中环科技技术有限公司研发的管式炉高温处理装置。
30.实施例1：第一步，将碳化钙和六溴苯加入球磨罐，利用球磨法制备γ型石墨单炔。第二步，将γ型石墨单炔、三聚氰胺、六水合氯化铁的混合样品溶于无水乙醇中在室温下搅拌24h充分混合。第三步，将上述混合样品做干燥处理。第四步，采用高温还原技术，将上述样品放入管式炉装置中；体系为真空状态；所得样品即为铁、氮共掺杂γ-石墨单炔复合材料。
第五步，将预处理过后的干燥的织物浸泡于浓度为2.0mg/ml的混合溶液中并超声处理10min。第六步，待处理过的γ-石墨单炔充分负载于织物上后捞出，放入烘箱进行干燥。
31.γ-石墨单炔改性纤维织物的数码照片如图1所示。将负载成功的材料进行随意弯折，发现在重复循环的动态弯曲(360
°
)下，其结构仍保持完整，且仅有少量表层活性物质脱落，说明γ-石墨单炔复合材料改性纤维织物具有柔性。
32.扫描电镜(sem)测试结果(图2)表明，棉织物(cf)的平均直径为10μm，可以看出石墨炔负载在织物表面。
33.γ-石墨单炔改性纤维织物的eds元素图像如图3所示。可以观察到的由γ-石墨单炔材料负载的棉织物表面的元素分布。从图中可以看到c、o、n和fe元素均匀分布，同时，主体结构的组分主要为c元素且分布均匀。
34.实施例2：第一步，将碳化钙和六溴苯加入球磨罐，利用球磨法制备γ型石墨单炔。第二步，将γ型石墨单炔、三聚氰胺、六水合氯化铁的混合样品溶于无水乙醇中在室温下搅拌24h充分混合。第三步，将上述混合样品做干燥处理。第四步，采用高温还原技术，将上述样品放入管式炉装置中；体系为真空状态；所得样品即为铁、氮共掺杂γ-石墨单炔复合材料。第五步，将预处理过后的干燥的织物浸泡于浓度为2.0mg/ml的混合溶液中并超声处理20min。第六步，待γ-石墨单炔充分负载于织物上后捞出，放入烘箱进行干燥。
35.对γ-石墨单炔改性纤维织物表面元素及化合价态进行x射线光电子能谱分析如图4所示，可以证明γ-石墨单炔改性纤维织物中fe、n、o和c元素的存在。与实施例1所得样品一致。
36.实施例3：第一步，将碳化钙和六溴苯加入球磨罐，利用球磨法制备γ型石墨单炔。第二步，将γ型石墨单炔、三聚氰胺、六水合氯化铁的混合样品溶于无水乙醇中在室温下搅拌24h充分混合。第三步，将上述混合样品做干燥处理。第四步，采用高温还原技术，将上述样品放入管式炉装置中；体系为真空状态；所得样品即为铁、氮共掺杂γ-石墨单炔复合材料。第五步，将预处理过后的干燥的织物浸泡于浓度为2.0mg/ml的混合溶液中并超声处理30min。第六步，待处理过的γ-石墨单炔充分负载于织物上后捞出，放入烘箱进行干燥。
37.将所获得的γ-石墨单炔改性纤维织物，进行电化学性能测试。如图5所示，是样品在0.05v/s的扫描速度下的cv曲线，氧化还原峰不明显，并且呈现出类矩形，说明在高扫描速度下主要是双电层电容占主导，这表明γ-石墨单炔的结构增加了材料的双电层电容。

技术特征：

1.一种γ-石墨单炔改性纤维织物的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳化钙和六溴苯加入球磨罐，利用球磨法制备γ型石墨单炔；(2)将γ型石墨单炔、三聚氰胺、六水合氯化铁的混合样品溶于无水乙醇中在室温下搅拌24h充分混合；(3)将上述混合样品做干燥处理；(4)采用高温还原技术，将上述样品放入管式炉装置中；体系为真空状态；所得样品即为铁、氮共掺杂γ-石墨单炔复合材料；(5)将预处理过后的干燥的织物浸泡于浓度为2.0mg/ml的混合溶液中并超声处理10min；(6)待γ-石墨单炔材料充分负载于织物上后捞出，放入烘箱进行干燥。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：球磨法所制备的石墨炔碳材料为γ型石墨单炔。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：搅拌体系为真空状态。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：干燥处理装置为真空烘箱，参数为60℃，24h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：反应中所通气体为ar，温度为900℃，处理时间为1h，气体流速为5sccm。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：对织物预处理：首先将4g原始织物浸渍在混合溶液中(1000ml去离子水、227ml h2o2、4g na2sio3和10g naoh)，然后加热至90℃水浴加热保温1小时后取出样品。活化后的织物用去离子水冲洗三次并在60℃真空烘箱中干燥12h。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：(5)所述混合溶液：溶质为(4)所得样品，溶剂为去离子水。

技术总结

本发明公开了一种采用浸渍法负载石墨炔材料提升纤维织物性能的方法。其特点是：制备方法包括如下步骤：(1)将γ型石墨单炔、三聚氰胺、六水合氯化铁的混合样品溶于无水乙醇中在室温下搅拌24h充分混合并做干燥处理；(2)高温还原后所得的样品即铁、氮共掺杂γ-石墨单炔复合材料；(3)将预处理过后的干燥的织布浸泡于浓度为2.0mg/mL的混合溶液中并超声处理20min；(4)待γ石墨单炔材料充分负载于织布上后捞出，进行干燥。本发明得到的石墨炔改性纤维织物，其柔性及力学性能、电催化性能等进一步增强，且方法简单、成本低，适合工业化生产。制备的产品在纺织材料技术领域具有广泛的应用前景。用前景。用前景。