【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及凈水材料，特別是涉及一種纖維狀碳材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、纖維狀碳材料具有豐富的孔隙結構和適中的比表面積，且成本較低，被廣泛用作水凈化主體材料。
2、目前，纖維狀碳材料較為公認的凈化機制為“吸附-嵌入-孔填充”。通過對水凈化機制的研究發現，二氧化鈦是一種介于導體與絕緣體之間的材料，其電子最高占據軌道相互作用形成價帶(vb)，最低未占據軌道相互作用形成導帶(cb)，價帶頂與導帶底之間存在一個沒有電子的禁帶，它們之間的能量差被稱為禁帶寬度或帶隙(eg)。當有足夠能量的光照射半導體材料時，價帶處產生光生電子和空穴對，電子和空穴發生分離和遷移，進而與水中的溶解氧和水分子(或氫氧根陰離子)反應，生成過氧化物和羥基自由基等自由基，這些自由基和電子空穴對可以攻擊介質中存在的有機污染物，將其分解成更小的片段，并最終被礦化為水和二氧化碳。受光照射時，具有合適帶隙的tio2都會產生光生電子和空穴，價帶上的空穴可以與·oh-或h2o反應生成氧化性更強的·oh，羥基自由基和超氧自由基可以與污染物發生氧化反應，使之降解為無機小分子、co2和h2o等物質。
3、研究人員還發現，孔填充是二氧化鈦在纖維狀碳材料中的存儲方式，因此，增加碳材料開孔數量是極為必要的。然而，纖維狀碳開孔通常位于相互連接的石墨微晶域之間，纖維狀碳開孔的數量以及尺寸與碳化溫度的關系密切，在較高的碳化溫度下，纖維狀碳開孔容易出現坍塌現象，導致活性纖維狀碳開孔的數量減少。
4、因此，調控開孔數量、開孔大小、提高比表面積，有利于促
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種纖維狀碳材料及其制備方法和應用，以解決上述現有技術存在的問題，實現優異的凈水處理效果。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、本專利技術提供一種纖維狀碳材料的制備方法，包括以下步驟：
4、(1)將植物纖維于堿性溶液中浸泡，之后水洗至中性；
5、(2)將步驟(1)得到的植物纖維于有機溶劑中浸泡，浸泡結束后干燥；
6、(3)將步驟(2)得到的植物纖維于鈦酸四丁酯中浸泡，浸泡結束后干燥；
7、(4)將步驟(3)得到的植物纖維在惰性氣體環境中進行碳化、冷卻，得到所述纖維狀碳材料。
8、作為本專利技術的進一步優選，所述植物纖維為柳絮、松木纖維、梧桐木纖維或梧桐木果實纖維中的一種或多種。
9、作為本專利技術的進一步優選，所述植物纖維為經過破碎處理的絮狀纖維。
10、作為本專利技術的進一步優選，步驟(1)中堿性溶液包括氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液中的至少一種；更優選為氫氧化鈉溶液；所述堿性溶液的質量分數為2％～50％，更優選為20％。
11、作為本專利技術的進一步優選，步驟(1)中浸泡溫度為20-100℃，更優選為50℃；浸泡時間為3-4h。
12、作為本專利技術的進一步優選，步驟(2)中所述有機溶劑為甲醇和/或乙醇。
13、本專利技術所用甲醇、乙醇高溫碳化后殘碳率較高，另外，分解溫度較低，容易在纖維表面形成碳材料。
14、作為本專利技術的進一步優選，步驟(2)中浸泡溫度為室溫，浸泡時間為2～6h。
15、作為本專利技術的進一步優選，步驟(3)中浸泡溫度為室溫，浸泡時間為4-6h。
16、本專利技術中，優選采用鈦酸四丁酯的乙醇溶液進行浸泡，質量分數為2-50％。
17、作為本專利技術的進一步優選，步驟(4)中碳化溫度為800-1200℃，碳化時間為3-6h。
18、本專利技術中，優選以2℃/min～20℃/min的升溫速率由室溫升溫至所述碳化溫度。
19、本專利技術還提供上述制備方法制備得到的纖維狀碳材料。
20、本專利技術制備方法制得的纖維狀碳材料中的開孔數量、開孔大小、比表面積等均能得到穩定控制，可存儲更多的二氧化鈦。
21、本專利技術進一步提供上述纖維狀碳材料作為凈水材料的應用。
22、本專利技術制得的纖維狀碳材料具有更強的二氧化鈦存儲能力，可用于水凈化領域。
23、本專利技術通過浸泡堿性溶液去除生物質網絡中殘存的鹽類或葉酸等物質；再浸泡有機溶劑，在材料表面原位提供碳源，增加開孔碳的數量，支撐材料的結構骨架；最后浸泡鈦酸四丁酯提供鈦源與碳源，將纖維置于惰性氣體中發生熱分解，除纖維中所含的木質素和半纖維素，氣體分子在逃逸出孔結構時也會具有一定的成孔作用，增加了孔結構數量。材料孔結構完整性的維持以及孔數量的增加，能夠促使更多的鈦氧化形成的二氧化鈦順利遷移到多孔結構的內部，并進行準金屬形態的填充，從而使纖維狀碳材料凈化水的能力得以提高。
24、本專利技術制備方法通過引入特定的有機溶劑，有機溶劑沉積到纖維表面，在燒結過程中提供了大量碳源，有效避免了多孔結構在高溫碳化過程中的坍塌，增加了活性開孔的數量，保證了碳材料內部有足夠的空間存儲二氧化鈦，解決了現有技術中通過調節碳化溫度來控制開孔數量和大小效果不穩定的技術問題；且制備步驟簡單，原料廉價易得，有利于實現規模化生產。
25、本專利技術公開了以下技術效果：
26、本專利技術提供的纖維狀碳材料的制備方法，具有穩定性高、可控性強的特點，且制備步驟簡單，原料廉價易得，有利于實現規模化生產。
27、本專利技術制得的纖維狀碳材料具有豐富的孔隙結構和適中的比表面積，用作水凈化材料可實現優異的水凈化處理效果。
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1.一種纖維狀碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述植物纖維為柳絮、松木纖維、梧桐木纖維或梧桐木果實纖維中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中堿性溶液包括氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液中的至少一種；所述堿性溶液的質量分數為2％～50％。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中浸泡溫度為20-100℃；浸泡時間為3h-4h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述有機溶劑為甲醇和/或乙醇。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中浸泡溫度為室溫，浸泡時間為2-6h。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中浸泡溫度為室溫，浸泡時間為4-6h。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中碳化溫度為800-1200℃，碳化時間為3-6h。
9.如權利要求1-8任一項所述制備方法制備得到的纖維狀碳材料。>
10.如權利要求9所述的纖維狀碳材料作為凈水材料的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種纖維狀碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述植物纖維為柳絮、松木纖維、梧桐木纖維或梧桐木果實纖維中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中堿性溶液包括氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液中的至少一種；所述堿性溶液的質量分數為2％～50％。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中浸泡溫度為20-100℃；浸泡時間為3h-4h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏宜耕，牛振熙，譚鈺書，馬榆涵，孫子棋，李嘉晟，宋天皓，
申請(專利權)人：夏宜耕，
類型：發明
國別省市：
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