【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气凝胶制备，尤其涉及一种碳纳米线气凝胶材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、碳纳米线气凝胶，作为一种先进的多孔碳材料，展现出众多独特性能，预示着它在多个领域内拥有广泛的应用潜力。首先，其高比表面积和多孔结构，为吸附、催化乃至能量存储提供了得天独厚的平台。这种结构特性不仅使碳纳米线气凝胶成为吸附有害化合物和作为催化剂载体的理想选择，还赋予了它在超级电容器领域的巨大应用前景。在超级电容器方面，碳纳米线气凝胶的高比表面积和多孔结构极大地促进了电解液中离子的快速扩散与有效接触，增加了电荷存储的容量和速率。这些特性使得气凝胶电极能够提供更高的能量密度和功率密度，是实现高性能超级电容器的关键材料之一。同时，其卓越的吸附能力让碳纳米线气凝胶在空气净化、水处理等环境保护领域也表现出色，能有效去除空气中的污染物和水中的有害物质。作为催化剂载体，其结构优势则促进了催化反应的效率和选择性，进一步拓宽了其在化学工业中的应用范围。综上所述，碳纳米线气凝胶凭借其独特的结构和性能，在超级电容器、环境保护、催化反应等多个领域均展现出巨大的应用潜力和价值，为解决环境污染问题、提升能源存储效率提供了创新性的解决方案。
2、但是现有碳纳米线气凝胶以及制备方法存在以下问题：
3、(1)目前报道的大部分是碳气凝胶，而制备碳纳米线气凝胶的方法较少；
4、(2)碳纳米线气凝胶的孔隙结构不够均匀，导致碳纳米线气凝胶材料吸附性能的不稳定；比表面积小，吸附效率低；
5、(3)机械强度低，容易破损，限制了气凝胶在实际应
6、(4)难以控制孔隙结构：在制备过程中很难精确控制碳纳米线气凝胶的孔隙结构，影响其吸附性能；
7、(5)成本高昂、能耗大和制备周期长：制备高质量的碳纳米线气凝胶通常需要复杂的工艺流程和昂贵的原材料，这使得其生产成本较高；且现有碳纳米线气凝胶的制备通常需要经历多步化学处理和干燥过程，整个制备周期较长。这不仅增加了生产成本，也限制了其快速批量生产的能力。
8、此外，现有技术还公开有利用复合气凝胶用于吸附甲苯蒸汽，例如《消防科学与技术》中“王玮等，复合气凝胶的制备及对甲苯的吸附试验，2018”。一来，该复合气凝胶的制备过程繁琐，不仅增加了生产成本，还很难精确控制复合气凝胶的孔隙结构；二来，其制备的复合气凝胶对甲苯的吸附效率低，其吸附量仅为243mg/g。同样地，在超级电容器领域，尽管目前的活性炭等电极材料拥有较高比表面积，但是其孔隙结构的均匀性和连通性难以保证，进而影响了超级电容器的性能。特别是在追求高能量密度和长循环寿命的超级电容器应用中，现有材料的电化学性能往往难以满足要求，如电容值偏低、循环稳定性差等问题，限制了其在高性能储能系统中的广泛应用。
9、因此，现亟需提供一种制备工艺简单，且能够制备得到多孔结构稳定均匀、比表面积大、机械强度高、对甲苯具有高吸附性、具有优异超级电容器性能的碳纳米线气凝胶的方法。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提出了一种碳纳米线气凝胶材料及其制备方法与应用。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术技术方案之一：
4、一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
5、将2,5-二氨基苯甲腈与二碳酸二叔丁酯加入有机溶剂中，搅拌反应，分离提纯，得到cof前体物质；
6、将2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛、所述cof前体物质和三氟乙酸在混合溶剂中进行溶剂热反应(此时得到的是cof湿凝胶)；然后再溶剂置换和冷冻干燥，得到cof气凝胶；
7、将所述cof气凝胶进行热处理得到碳纳米线气凝胶材料。
8、有益效果：本专利技术采用溶胶凝胶法合成cof湿凝胶。利用这种方法可以在溶剂热条件下通过简单的化学反应制备得到；其中，通过合成cof前体物质和调控整体的合成条件，可以实现对cof气凝胶和最终碳纳米线气凝胶材料结构和性能的精确调控，满足不同应用场景的需求。
9、优选的，所述2,5-二氨基苯甲腈与二碳酸二叔丁酯的物质的量之比为1∶2～1∶8；
10、所述2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛、所述cof前体物质和三氟乙酸的用量比为2mmol∶3mmol∶20μl。
11、有益效果：在本专利技术限定的上述反应物种类以及其用量配比条件下可以形成均匀cof湿凝胶；若是不采用本专利技术限定的反应物种类以及用量配比会不利于cof湿凝胶的形成，甚至会导致不能获得纳米线结构的材料。
12、优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮。
13、有益效果：本专利技术选择四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮作为有机溶剂，可以有效提高分离纯度；若是采用其他溶剂，会对分离纯度造成不好影响。
14、优选的，所述搅拌反应的时间为8～12h；搅拌的转速为500～1000rpm。
15、优选的，所述分离提纯包括蒸馏和重结晶。
16、进一步，所述重结晶为：用二氯甲烷将所述蒸馏后的底层产物溶解，加入石油醚使固体析出并过滤分离。
17、优选的，所述混合溶剂为二氧六环和水的混合物，两者的体积比为8∶1～4∶1。
18、有益效果：本专利技术限定的上述体积比有利于2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛和cof前体物质的均匀分散。
19、优选的，所述溶剂置换的具体操作为：将所述溶剂热反应后的产物依次采用四氢呋喃和叔丁醇进行置换。
20、有益效果：本专利技术通过四氢呋喃和叔丁醇的置换以及冷冻干燥处理，有助于去除残留的溶剂，同时保持cof气凝胶的孔隙结构，提高了材料的稳定性和可操作性。
21、进一步，所述四氢呋喃需连续置换4次；所述叔丁醇需连续置换3次。
22、优选的，所述溶剂热反应的条件为：在120℃下进行溶剂热反应72h。
23、有益效果：本专利技术通过在110～180℃下进行溶剂热反应24～72h，有利于cof湿凝胶的形成。
24、优选的，所述热处理的条件为：在600～1000℃条件下热处理1～3h。
25、有益效果：本专利技术通过高温热处理将cof气凝胶转化为碳纳米线气凝胶材料，该方法简单高效，能够在较短时间内实现cof气凝胶向碳纳米线气凝胶的转化。
26、本专利技术技术方案之二：
27、由上述制备方法制备得到的碳纳米线气凝胶材料。
28、优选的，所述碳纳米线气凝胶材料的比表面积为910-1032m2 g-1；孔容为1.1-1.3cm3/g；密度为145-165mg/cm3。
29、本专利技术技术方案之三：
30、上述碳纳米线气凝胶材料在吸附甲苯蒸汽领域中的应用。
31、优选的，在相对压力为1时，所述碳纳米线气凝胶材料对甲苯蒸汽的吸附容量为1200mg/g。
32、本专利技术技术方案之四：
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1.一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述2,5-二氨基苯甲腈与二碳酸二叔丁酯的物质的量之比为1∶2～1∶8；
3.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮。
4.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为二氧六环和水的混合物，两者的体积比为8∶1～4∶1。
5.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的条件为：在110～180℃下进行溶剂热反应24～72h。
6.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂置换的具体操作为：将所述溶剂热反应后的产物依次采用四氢呋喃和叔丁醇进行置换。
7.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的条件为：在600～1000℃条件下热处理1～3h。
8.一种碳纳米线
9.根据权利要求8所述的一种碳纳米线气凝胶材料，其特征在于，所述碳纳米线气凝胶材料的比表面积为910-1032m2 g-1；孔容为1.1-1.3cm3/g；密度为145-165mg/cm3。
10.如权利要求8或9所述的碳纳米线气凝胶材料在吸附甲苯蒸汽和超级电容器领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述2,5-二氨基苯甲腈与二碳酸二叔丁酯的物质的量之比为1∶2～1∶8；
3.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯或丙酮。
4.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为二氧六环和水的混合物，两者的体积比为8∶1～4∶1。
5.根据权利要求1所述的一种碳纳米线气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的条件为：在110～180℃下进行溶剂热反应24～72h。
6.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋竹银，李雷刚，林诺瑶，史康龙，刘天瑞，宋倩，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
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