.45g MnS04.ΚΜηθ4分別溶于30mL去離子水中，磁力攪拌，直至固體完全溶解。將MnS04.H2O溶液倒入KMnO4溶液中，繼續攪拌，直至混合液逐漸變成棕黃色懸濁液。隨后將棕黃色懸濁液轉移至10mL不銹鋼水熱反應釜中，在160°C下恒溫反應18h。反應結束后將釜內沉淀物減壓抽濾，并用蒸餾水和無水乙醇各清洗3遍，烘干，即可獲得MnO2金屬氧化物納米棒。
[0029]b.稱取PAN 1.5g，將其溶于15g DMF中，磁力攪拌直至完全溶解。隨后放入0.5gMn〇2金屬氧化物納米棒，繼續攪拌，混合均勾，即得紡絲液。
[0030]c.靜電紡絲的環境溫度為<40°C，環境濕度<30%。將紡絲液裝入靜電紡絲裝置中進行紡絲，紡絲電壓為15kV，接收距離為25cm，紡絲液流速為2.5mm/min，注射器的傾斜角度為15°。經靜電紡絲獲得Μη02/ΡΑΝ混紡原絲。
[0031]d.將Μη02/ΡΑΝ混紡原絲在空氣中以5°C/min的升溫速率在250°C下預氧化2h;然后在N2中以5°C/min的升溫速率在800 V下碳化2h，即得MnO/CNF復合碳纖維。
[0032]e.將MnO/CNF復合碳纖維放入3mol/L硝酸中浸泡2h，過濾，烘干，即得中空碳纖維。
[0033]實施例3:
a.稱取0.45g MnS04.ΚΜηθ4分別溶于30mL去離子水中，磁力攪拌，直至固體完全溶解。將MnS04.H2O溶液倒入KMnO4溶液中，繼續攪拌，直至混合液逐漸變成棕黃色懸濁液。隨后將棕黃色懸濁液轉移至10mL不銹鋼水熱反應釜中，在160°C下恒溫反應24h。反應結束后將釜內沉淀物減壓抽濾，并用蒸餾水和無水乙醇各清洗3遍，烘干，即可獲得MnO2金屬氧化物納米棒。
[0034]b.稱取PAN 1.5g，將其溶于15g DMF中，磁力攪拌直至完全溶解。隨后放入0.5gMn〇2金屬氧化物納米棒，繼續攪拌，混合均勾，即得紡絲液。
[0035]c.靜電紡絲的環境溫度為<40°C，環境濕度<30%。將紡絲液裝入靜電紡絲裝置中紡絲，紡絲電壓為15kV，接收距離為25cm，紡絲液流速為2.5mm/min，注射器的傾斜角度為15°。經靜電紡絲獲得Μη02/ΡΑΝ混紡原絲。
[0036]d.將Μη02/ΡΑΝ混紡原絲在空氣中以5°C/min的升溫速率在250°C下預氧化2h;然后在N2中以5°C/min的升溫速率在800 V下碳化2h，即得MnO/CNF復合碳纖維。
[0037]e.將MnO/CNF復合碳纖維放入3mo I/L硝酸中浸泡2h，過濾，烘干，即得中空碳纖維。
[0038]實施例4: a.稱取0.45g MnS04.IfcC^PIlg ΚΜηθ4分別溶于30mL去離子水中，磁力攪拌，直至固體完全溶解。將MnS04.H2O溶液倒入KMnO4溶液中，繼續攪拌，直至混合液逐漸變成棕黃色懸濁液。隨后將棕黃色懸濁液轉移至10mL不銹鋼水熱反應釜中，在160°C下恒溫反應24h。反應結束后將釜內沉淀物減壓抽濾，并用蒸餾水和無水乙醇各清洗3遍，烘干，即可獲得MnO2金屬氧化物納米棒。
[0039]b.稱取PVP(聚乙烯吡咯烷酮)1.5g，將其溶于15g DMF中，磁力攪拌直至完全溶解；隨后放入0.5g Μηθ2金屬氧化物納米棒，繼續攪拌，混合均勾，即得紡絲液。
[0040]c.靜電紡絲的環境溫度為<40°C，環境濕度<30%。將紡絲液裝入靜電紡絲裝置中紡絲，紡絲電壓為15kV，接收距離為25cm，紡絲液流速為2.5mm/min，注射器的傾斜角度為15°。經靜電紡絲獲得Mn02/PVP混紡原絲。
[0041 ] d.將Mn02/PVP混紡原絲在空氣中以5°C/min的升溫速率在250°C下預氧化2h;然后在N2中以5°C/min的升溫速率在800 V下碳化2h，即得MnO/CNF復合碳纖維。
[0042] e.將MnO/CNF復合碳纖維放入3mol/L硝酸中浸泡2h，過濾，烘干，即得中空碳纖維。[0043 ] 二、以上各例制成的中空碳纖維的SEM圖如圖1至4所示。
[0044]比較圖1、2、3可以看出，在制備MnO2過程中，隨著水熱時間的增加，制備的中空碳纖維的中空尺度有所增大。這是由于隨著水熱時間的增加，MnO2納米棒的尺度越來越大造成的。對比圖3和圖4，可以看到圖4中纖維的形貌沒有圖3中纖維形貌好，這主要是由于PVP受熱易分解造成的。
【主權項】
1.一種尺度可控的中空碳纖維的制備方法，包括以下步驟: 1)采用水熱法制備金屬氧化物納米棒； 2)將金屬氧化物納米棒與高聚物混溶于有機溶劑，得到紡絲液； 3)紡絲液經靜電紡絲，制得金屬氧化物/高聚物原絲； 4)將金屬氧化物/高聚物原絲經過預氧化、碳化后，獲得復合碳纖維； 5 )將復合碳纖維經酸洗、干燥，獲得中空碳纖維。2.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述金屬氧化物納米棒為Μηθ2。3.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述水熱法制備金屬氧化物納米棒的水熱合成溫度為160°C，時間為12?24h。4.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述高聚物為PAN或PVP。5.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述有機溶劑為DMF。6.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述靜電紡絲的環境溫度為<40°C，環境濕度< 30%;紡絲電壓為15kV，接收距離25cm，紡絲液流速2.5mm/min，注射器的傾斜角度為 15。ο7.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述預氧化的環境溫度為250°C，預氧化的時間為2h。8.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述碳化在氮氣中進行，升溫速率為5°C/min，在溫度為800°C條件下恒溫2h。9.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于:所述酸洗時采用濃度為3mol/L的硝酸水溶液。
【專利摘要】一種尺度可控的中空碳纖維的制備方法，涉及碳纖維的制備技術領域。先水熱法制備金屬氧化物納米棒，再將金屬氧化物納米棒和高聚物混溶于有機溶劑中，攪拌均勻；經靜電紡絲得到金屬氧化物(MOX)/高聚物（MP）混紡原絲；隨后混紡原絲經預氧化，碳化等熱處理技術，得到MOX/CNF復合碳纖維，再經酸洗，過濾，烘干，即得中空碳纖維。水熱法制備的金屬氧化物硬模板劑的尺度可控性好，可制備不同尺度中空結構的碳纖維同時克服了目前同軸靜電紡絲制備中空碳纖維過程中內外層溶液互溶的問題；靜電紡絲技術的使用可以有效地調控纖維的尺度，并且可以實現大量生產的目的。
【IPC分類】D01F9/22, D01F1/08, D01F9/21, D01F1/10, B82Y40/00
【公開號】CN105603585
【申請號】CN201610079960
【發明人】賈哲華, 徐繼任, 趙有華, 賈成浩, 董斌, 陶翠
【申請人】揚州大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年2月5日