木炭填充ACF包装吸附材料的研究

摘要

为控制果蔬储存环境中的乙烯的浓度，提高果蔬包装质量，本文以杉木木粉为原料，木炭粉为制孔剂，通过纺丝、固化、炭化/活化制备出可用来吸附乙烯的木质活性炭纤维材料，研究了木炭填充活性炭纤维原丝的制备工艺和活化工艺;并采用扫描电镜、X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱、X-射线光电子能谱及比表面积孔径分析仪等对制备的活性炭纤维的结构性能进行了表征;探讨活性炭纤维吸附时间、吸附剂量、吸附质浓度等对乙烯吸附量的影响。主要结论如下:
　　(1)通过综合考虑纺丝工艺和活化工艺确定制备活性炭纤维的条件为:液固比6∶1、木炭量1％、合成剂量4％、盐酸浓度15％、活化温度800℃、活化时间40min、活化剂（水蒸气）量10g/min，最大亚甲基蓝吸附量为850℃时1124.49mg/g;
　　(2)与未加木炭的活性炭纤维相比，添加木炭的活性炭纤维表面粗糙且有沉积物，断面气孔也增多;随着活化温度的增加，活性炭纤维的碳结构趋于规整有序化，石墨化程度有所提高，C原子的含量逐渐增加，而石墨结构的C-C含量减小， C-O、C=O键的含量呈现先增加后减小的趋势;活性炭纤维的比表面积、中孔面积、总孔容、中孔容出现了增加的趋势，而微孔呈现了先增加后减小的趋势;与未加木炭的活性炭纤维相比，添加木炭的活性炭纤维出现了木炭的特征峰，且样品的结晶度较差;
　　(3)随着木炭量的增加，木炭填充活性炭纤维变形程度加深，表面孔隙量越来越多，且当木炭量增加到一定程度后，表面出现了大孔或超大孔;木炭填充活性炭纤维保留着木炭的特征峰，且随着木炭量的增加，d(002)值呈现先减小后增大的趋势，而La、Lc、Lc/d(002)和g值呈现先增大后减小的趋势，C原子的含量整体上呈现先升高后降低的趋势，O原子与之相反， C-C、C-O含量都呈现先降低升高降低的趋势，而C=O含量的变化与之相反;随着木炭量的增加，木炭填充活性炭纤维的比表面积、中孔面积、总孔容、中孔容呈现了先增大后减小的趋势，1％时达到最大;
　　(4)活性炭纤维用量为0.3g，乙烯浓度为200mg/L时，4.5小时吸附基本达到平衡，此时吸附值为187.197mg/g;对比不同量的活性炭纤维对乙烯吸附饱和量的影响，随着活性炭纤维量的增加，吸附量逐渐增大，而达到饱和的时间缩短，当吸附剂量为0.3g时吸附效果最好;当乙烯浓度增大时，吸附饱和时的吸附量增大，而当浓度为150mg/L时活性炭纤维对乙烯的吸附的量呈现先增大后减小的趋势。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 活性炭纤维简介及国内外研究现状

1．2．1 活性炭纤维简介

1．2．2 活性炭纤维国内外研究现状

1．3 多级孔径活性炭纤维的制备方法

1．3．1 掺合纺丝法

1．3．2 纺丝液中加入有机金属化合物

1．3．3 纺丝液中加入超细固体制孔剂

1．3．4 调控活性炭纤维的制备工艺参数

1．4 乙烯吸附剂(活性炭)的研究进展

1．5 课题研究内容、目的与意义

1．5．1 课题研究内容

1．5．2 技术路线

1．5．3 课题研究的意义

2 材料与方法

2．1 实验原料

2．2 实验仪器与药品

2．2．1 主要实验仪器

2．2．2 实验药品

2．3 纺丝工艺对木质活性炭纤维吸附性能及得率的影响

2．3．1 木材液化

2．3．2 纺丝液的合成及纺丝工艺

2．3．3 纤维的固化

2．3．4 木质活性炭纤维的制备

2．3．5 木质活性炭纤维吸附性能的测定

2．4 活化工艺对木质活性炭纤维性能的影响

2．4．1 炭纤维原丝的制备

2．4．2 木质活性炭纤维的制备

2．4．3 木质活性炭纤维吸附性能的测定

2．4．4 木质活性炭纤维的结构性能表征

2．5 木炭填充活性炭纤维的制备与性能表征

2．5．1 木炭填充活性炭纤维的制备

2．5．2 木炭填充活性炭纤维吸附性能的测定

2．5．3 木炭填充活性炭纤维的结构性能表征

2．6 活性炭纤维吸附乙烯实验

3 结果与讨论

3．1 纺丝工艺对活性炭纤维吸附性能及得率的影响

3．1．1 液固比(苯酚／木粉)的影响

3．1．2 木炭量(制孔剂)的影响

3．1．3 合成剂(六次甲基四胺)用量的影响

3．1．4 盐酸浓度的影响

3．2 活化条件对木质活性炭纤维结构与性能的影响

3．2．1 活化条件对木质活性炭纤维吸附性能的影响

3．2．2 炭化温度对木炭填充木质活性炭纤维结构性能影响

3．3 填充量对木炭填充活性炭纤维结构与性能的影晌

3．3．1 木炭填充活性炭纤维的吸附性能

3．3．2 木炭填充活性炭纤维的外貌形态分析

3．3．3 木炭填充活性炭纤维的结晶结构分析

3．3．4 木炭填充活性炭纤维的XPS分析

3．4．5 木炭填充活性炭纤维比表面积孔径分析

3．4 木炭填充木质活性炭纤维对乙烯吸附的影响

3．4．1 标准曲线的绘制

3．4．2 吸附时间对吸附性能的影响

3．4．3 活性炭纤维用量对吸附性能的影响

3．4．4 乙烯浓度对吸附性能的影响

4 结论

4．1 结论

4．2 创新点

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢