表面大孔型粘胶基活性碳纤维的制备及致孔机理研究

摘要

课题研究成功制备了一种具有较高强度的粘胶基活性碳纤维。具体研究了以下内容：
　　 (1)制备了具有一定强度的大孔活性碳纤维。首先，分别采用粘胶基预氧化丝和粘胶基碳纤维为原料，经浓度为0.1mo1/L的NaCl和H3PO4混合溶液浸渍预处理后，分别在700℃、800℃、900℃以及1000℃采用物理-化学活化法，用水蒸气活化制备出了表面富含大孔的活性碳纤维，发现活化温度对粘胶基活性碳纤维成孔及得率、密度、表面截面形貌、比表面积、纤维拉伸强度等性能具有极大的影响，随着活化温度升高，得率、密度及拉伸强度呈下降趋势，而纤维表面大孔数量、比表面积及含氧基团比例则逐渐升高。其中在900℃活化所得的活性碳纤维，表面大孔分布、比表面积、孔径分布以及强度等综合性能优于其他温度段制备出的样品。并且，采用粘胶基碳纤维制备出的活性碳纤维强度要高于粘胶基预氧化丝活化所得的样品。同时我们还探讨了不同盐溶液对孔成形的影响。发现经浓度为0.1mo1/L的NaH2PO4溶液浸渍预处理后所制备出的活性碳纤维表面大孔的形状及大小分布较均匀，纤维表面大孔沿纤维的径向排列，而且其比表面积比经Na2HPO4或Na3PO4处理获得的活性碳纤维高，但强度要比后两者略低。
　　 (2)探讨了活性碳纤维表面大孔产生的机理。通过FTIR、XPS、TGA、XRD、SEM等多种分析手段，我们发现加入的浸渍预处理剂发挥了类似催化剂作用，即引入催化活性点，并增加了其结构的不均匀性。浸渍预处理剂也增加了活化中心数目，而活化中心正是碳纤维和气化剂反应时的场所。因此浸渍预处理是表面大孔出现的关键。此外，活性碳纤维表面大孔的出现还受温度及其原料结构等因素控制。
　　 (3)建立了活性碳纤维孔结构的模型。根据活性碳纤维表面及截面形貌图，发现活化过程是沿纤维径向由表及里进行的，由此提出了一种新型活性碳纤维的结构模型，即表面活性碳纤维-芯部碳纤维的结构。
　　 本研究工作在推进表面型大孔活性碳纤维的研究、指导大孔型活性碳纤维的生产和扩大其应用范围等方面具有一定指导作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 ACF的制备工艺与机理研究

1.2 ACF的结构与性能

1.3 ACF强度与结构的关系研究

1.4 ACF最新研究动态

1.5 本论文的研究工作

第二章 大孔型RACF的制备工艺及结构性能表征方法

引言

2.1实验部分

2.2 ACF结构与性能的表征

第三章 表面大孔型RACF的制备 （一）采用粘胶基预氧化丝

引言

3.1 主要研究内容

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 表面大孔型RACF的制备 （二）采用粘胶基碳纤维

引言

4.1 主要研究内容

4.2 在不同活化温度下制备RACF

4.3 不同体系预浸渍处理制备RACF

4.4 小结

第五章 粘胶基大孔型RACF表面致孔机理的研究及孔模型的建立

引言

5.1 RACF致孔机理的研究

5.2 RACF的孔模型

5.3 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文