木质素酚醛树脂大孔活性碳纤维的制备与表征

摘要

木质素是自然界数量上仅次于纤维素的天然高分子材料。目前主要作为工业制浆的副产品，随废水排放掉。若不进行回收利用不仅对环境造成严重的污染，而且造成了物质资源的极大浪费。木质素的商业化应用是一些科学家长久以往的目标，随着人们对能源危机认识的不断提高，这一目标变得尤为突出。木质素结构复杂，可降解为小分子利用，也可以大分子直接利用。木质素结构中含有甲氧基、酚羟基、羧基和羧甲基等许多官能团和化学键，所以有很强的反应活性，为其进行化学改性、实现综合利用提供了可能。
　　 木质素因来源不同的树种和不同的获取方法而不同，所以需要对所采用的木质素进行基本性能的测试与表征。比如，木质素颗粒的粒径分布、结构、形态、玻璃化转变温度、表面性能和不同浓度下酸碱溶液中的表现。
　　 本文以木质素、苯酚、甲醛三者共聚反应获得木质素酚醛树脂。通过热失重/微商热失重分析研究了木质素含量对树脂的热学性能的影响，得出木质素在树脂体系中起到保护作用，从而提高树脂的热稳定性能。
　　 以此共聚物为纺丝原料，通过湿法纺丝，凝固，预氧化，碳化的步骤制备了一种大孔径活性碳纤维。为研究不同组分的木质素对活性碳纤维结构与性能的影响，制备并分析比较了木质素含量分别为0％，8％，14％，20％的四组活性碳纤维。傅立叶-红外光谱(FT-IR)及扫描电镜(SEM)结果说明苯酚，甲醛及木质素三者形成了均相的共聚物。结合热失重，元素分析及扫描电镜的结果，分析讨论了碳纤维碳化，活化的机理，得出木质素在碳纤维活化过程中起到孔洞直径控制剂的作用，从而使活性碳纤维内部孔洞直径得到合适的大小，直径分布更小。与常规活性碳纤维的制备步骤比较，总结出大孔洞形成的原因。使用平板粘度仪测试纺丝原料的流变性能，结合活性碳纤维的外部形态讨论了凝固浴的选择和原料的成纤性。在研究所制得的大孔活性碳纤维的吸附性能方面，本文分别讨论了对亚甲基蓝小分子和蛋白质大分子两种物质的吸附能力。研究表明，大孔活性碳纤维以其自身的结构特点，在吸附蛋白质大分子方面比吸附小分子物质表现出了更令人满意的吸附性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 活性碳纤维简介

1.2 木质素简介

1.3 木质素类产品的开发状况

1.4 国内外对木质素基碳纤维研究与进展

1.5 本课题的研究意义与研究内容：

参考文献

第二章 木质素基本性能的测试与表征

2.1 实验原料、试剂和仪器

2.2 木质素的分析和表征

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 木质素酚醛树脂的合成与表征

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

参考文献

第四章 木质素酚醛树脂活性碳纤维的制备与表征

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

参考文献

第五章 木质素酚醛树脂活性碳纤维吸附性能研究

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

参考文献

第六章 结论

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

致谢