[发明专利]钛基碳纤维负载聚苯胺复合阳极板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有色冶金制备技术领域，特别涉及一种用碳纤维负载聚苯胺来制备钛基复合阳极板的方法。

背景技术

在导电聚合物中，聚苯胺因其导电性能优良，环境稳定性好，合成工艺简单，原料成本低廉等优点，被称为最有可能实现实际应用的导电聚合物。然而用传统方法合成的聚苯胺由于其分子量小，分子链中存在缺陷而使其导电性能和力学性能大大降低，从而限制了其实际应用。如中国专利CN1718611，由于其制备工艺的限制，制备的导电聚苯胺脆性较大，韧性较差，并且稳定性也不佳。又如中国专利CN1294154，采用乳液聚合的方法，掺杂剂采用十二烷基苯磺酸等，得到一种非常稳定的水相聚苯胺乳液，但是需要用破乳剂对其破乳，使得相应的一系列后续工艺变得复杂，大大增加聚苯胺的生产成本。

发明内容

为解决现有技术制备的聚苯胺电极脆性大、韧性差、稳定性差、生产成本高的问题，本发明提供一种钛基碳纤维负载聚苯胺复合阳极板的制备方法，其实施方案如下：

钛基碳纤维负载聚苯胺复合阳极板的制备方法，包括下述顺序步骤：

(1)碳纤维表面改性处理：

将碳纤维分散到浓混合酸中，在室温下静置24小时，然后用蒸馏水洗涤抽滤至中性，制得改性碳纤维；

所述浓混合酸由质量百分比浓度为65％的浓硝酸与质量百分比浓度为96％的浓硫酸按体积比为0.2～1∶1的比例混合而成；

所述分散到浓混合酸中的碳纤维的摩尔浓度为20mol/L；

(2)碳纤维负载聚苯胺处理：

(2.1)配制混合酸溶液：

用硫酸和磺基水杨酸混合，制得混合酸溶液，所述混合酸溶液中，硫酸的摩尔浓度为1mol/L，磺基水杨酸的摩尔浓度为0.045mol/L；

(2.2)制备碳纤维悬浮液：

将由所述步骤(1)制得的改性碳纤维分散到4体积份的由所述步骤(2.1)制得的混合酸溶液中，得到碳纤维悬浮液；

(2.3)制备苯胺盐溶液：

然后，将苯胺单体先溶解在1体积份的由所述步骤(2.1)制得的混合酸溶液中，得到苯胺盐溶液，所述苯胺单体与所述步骤(2.2)中的碳纤维的摩尔比为1∶1～8；

(2.4)碳纤维负载聚苯胺反应：

随后，将苯胺盐溶液倒入所述步骤(2.2)制得的碳纤维悬浮液中，得到碳纤维负载聚苯胺反应液；

(2.5)配制并滴加复合掺杂剂：

然后，将过硫酸铵溶解于1体积份的由所述步骤(2.1)制得的混合酸溶液中，得到复合掺杂剂，所述过硫酸铵与所述步骤(2.3)的苯胺单体的摩尔比为1∶1；

再将上述复合掺杂剂缓慢滴加到所述步骤(2.4)制得的碳纤维负载聚苯胺反应液中，在室温条件下搅拌使之反应，滴加时间控制在2小时；

滴加完毕后，将反应液静置10小时；

(3)洗净干燥处理：

将所述步骤(2.5)反应液中的碳纤维取出，用去离子水洗涤两次以上，除去碳纤维表面的杂质和低聚物；

随后，在60℃温度下干燥，得到碳纤维负载聚苯胺导电材料；

(4)预制电极板坯的制备：

将碳纤维负载聚苯胺导电材料放入模具中，在常温、15～30MPa的压力下模压得到厚度为5mm的预制电极板坯；

(5)叠加模压处理：

将至少两块按所述步骤(4)制得的预制电极板叠放在模具中，在预制电极板之间至少放置一块钛网骨架，在常温、15～30MPa的压力下整体模压15-30min，得到钛基碳纤维负载聚苯胺阳极板。

上述制备方法中，各步骤中的物质可按以下比例加入：

所述步骤(2.2)中，分散到混合酸溶液中的碳纤维的摩尔浓度为5～30mol/L；

所述步骤(2.3)中，苯胺盐溶液中的苯胺的摩尔浓度为5～20mol/L；

所述步骤(2.5)中，复合掺杂剂中的过硫酸铵的摩尔浓度为5～20mol/L。

上述制备方法中，所述碳纤维的直径可以为0.5～1mm，长度为1～100mm。

本发明方法首先以碳纤维为模板，以有机酸和无机酸为复合掺杂剂，采用原位合成法使苯胺单体直接在碳纤维表面聚合得到导电聚苯胺复合膜，然后以钛网为骨架，多层碳纤维负载聚苯胺叠加压制得到钛基碳纤维负载聚苯胺复合阳极板。

本发明方法工艺简单，所制备的复合阳极板具有较好的导电性，机械强度高，热稳定性、化学稳定性好，具体数据如下表所示。

附图说明