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静电纺PAN纳米活性碳纤维吸附性能研究

作　者: 仇群仁
导　师: 徐山青
学　校: 南通大学
专　业: 纺织工程
关键词: 静电纺丝聚丙烯腈活性碳纤维纳米吸附
分类号: TQ342.74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

静电纺丝(Electrostatic Spinning)是目前制备纳米级纤维的基本方法,静电纺聚丙烯腈纳米活性碳纤维(PAN Nano-ACF)作为一种新型纤维状碳质材料,目前学界对其结构和吸附性能的研究还较少,国内外尚未有文献报道。本文在前人研究的基础上,利用自制的静电纺丝设备纺制PAN纳米纤维,研究了各纺丝工艺参数对纤维直径和离散度的影响,并通过正交试验得出了可稳定纺出粗、中、细三种不同直径的PAN纳米纤维的最佳工艺条件。在此基础上研究了PAN纳米纤维的预氧化工艺,得出最佳预氧化条件,再通过炭化活化制备出PAN纳米活性碳纤维。经比较得出在600℃活化处理3 min所得产品的活化得率及比表面积较为理想。本文以扫描电子显微镜(SEM)、TG-DSC热分析、红外光谱(IR)分析、比表面积及孔隙度分析为主要表征手段,较为系统地研究了PAN纳米纤维原丝的性能及PAN纳米活性碳纤维制备各个阶段纤维的表面形态和结构性能的变化,结果表明:(1) PAN纳米纤维毡的断裂强力、断裂伸长率随纤维直径的增大而增加;纤维毡的透气性能在纺丝体积一定时随纺丝液浓度的增加而增加;纤维毡的芯吸效应在纺丝液浓度一定时随纺丝体积的增加而增强。(2)最佳预氧化工艺为:以5℃/min速率升温至100℃后,每升高30℃恒温20min,最高升至230℃。经预氧化处理后,PAN纳米纤维表面形态及分子链发生一系列变化,这主要与纤维内大分子链发生环化反应有关。(3)PAN纳米纤维经炭化活化处理后,纤维内大分子链发生脱氢反应及热裂解反应;活化时间的控制对制备高比表面积的PAN纳米活性碳纤维十分重要,还应注意活化时间对产品得率的影响;制得的PAN纳米活性碳纤维孔隙以微孔为主,部分孔径在亚微孔范围。本文对PAN纳米活性碳纤维的吸附性能及制备工艺对PAN纳米活性碳纤维吸附性能的影响作了研究,结果表明:(1) PAN纳米活性碳纤维对苯吸附160min后达到饱和状态。(2)活化时间延长制得的PAN纳米活性碳纤维活化程度加深,比表面积相应增大,孔径变宽,孔容积增大,对N2吸附平台增高。(3)PAN纳米活性碳纤维对四氯化碳和水溶液中碘的吸附率分别为85.82mg/g、1270mg/g。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-24
  1.1 静电纺丝技术及其研究现状  10-14
  1.2 PAN 基碳纳米纤维及其研究现状  14-20
  1.3 吸附作用及吸附机理  20-22
  1.4 课题研究的意义、主要内容及创新点  22-24
第二章静电纺制备 PAN 纳米纤维影响因数研究  24-43
  2.1 实验材料、仪器及装置  24-25
  2.2 PAN 纳米纤维静电纺丝液的配制  25
  2.3 纺丝工艺参数对纤维直径及形态的影响  25-34
  2.4 静电纺丝制备 PAN 纳米纤维正交试验  34-35
  2.5 静电纺丝制备纳米 PAN 纤维正交试验极差分析  35
  2.6 PAN 纳米纤维原丝性能测试  35-42
  2.7 结论  42-43
第三章静电纺 PAN 纳米纤维的预处理工艺研究  43-50
  3.1 纤维预处理工艺  43-44
  3.2 仪器设备  44
  3.3 实验部分  44-49
  3.4 结论  49-50
第四章静电纺 PAN 纳米纤维的炭化活化工艺研究  50-58
  4.1 纤维炭化活化机理  50-51
  4.2 仪器设备  51
  4.3 实验部分  51-57
  4.4 结论  57-58
第五章静电纺 PAN 纳米活性碳纤维的吸附性能  58-67
  5.1 吸附平衡及吸附等温线  58
  5.2 吸附性能表征  58-59
  5.3 PAN 纳米活性碳纤维吸附性能测试  59-66
  5.4 结论  66-67
第六章结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-73
英文缩写词表  73-74
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文及参加的项目  74-75
  A：在国内外刊物上发表的论文  74
  B：参加的项目  74-75
致谢  75

静电纺PAN纳米活性碳纤维吸附性能研究

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