魔芋葡甘聚糖(KGM)衍生物的合成及其儲(chǔ)氫材料的探索研究.pdf

1、在全球能源形勢與環(huán)境問題的雙重壓力下，世界各大經(jīng)濟(jì)體都努力尋求清潔、環(huán)保、高效且可持續(xù)的新能源。其中以風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮芗皻淠茏钍苣茉垂竞透鱾€(gè)國家能源部門的青睞。相比其他幾種能源，氫能以其高效、清潔、來源廣泛且供應(yīng)穩(wěn)定受到各研究機(jī)構(gòu)的特別重視。氫能的規(guī)模化應(yīng)用，必須首先解決氫氣的制備，存儲(chǔ)以及能量轉(zhuǎn)化，在氫氣制備和燃料電池技術(shù)都日趨成熟的今天，氫氣存儲(chǔ)成為限制氫能使用的唯一技術(shù)瓶頸。世界眾多研究機(jī)構(gòu)都投入巨資解決這一問題?；仡櫖F(xiàn)有較

2、成熟的儲(chǔ)氫技術(shù)，由于氫自身的特殊性質(zhì)，存儲(chǔ)方式雖然多樣化，但是卻沒有一種方式能夠達(dá)到氫能大量應(yīng)用的目標(biāo)。因此，本研究從探索的角度出發(fā)，試圖以天然高分子為基礎(chǔ)材料，通過改性或者修飾制備出一種儲(chǔ)氫材料，為儲(chǔ)氫材料的研究領(lǐng)域提供一種全新的思考角度。
　　 本研究選取魔芋葡甘聚糖(KGM)作為基礎(chǔ)材料，以吡啶為催化劑，制備出粉末狀的苯酐酯化魔芋葡甘聚糖(PKGM)。通過單因素實(shí)驗(yàn)，獲得了一系列不同取代度的PKGM，采用了多種現(xiàn)代分析測試

3、手段分析了該改性產(chǎn)物的各種性能，結(jié)果表明：制備出的PKGM隨著取代度的提升，表觀形貌出現(xiàn)越來越多的粗糙結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)現(xiàn)象更加明顯，紅外圖譜出現(xiàn)了明顯的苯環(huán)特征吸收峰，對(duì)應(yīng)的羧基特征峰也有較大程度的增強(qiáng)，分子量也有較大比例的下降，約為天然KGM數(shù)均分子量的10％-50％，熱穩(wěn)定性也有所下降，從210℃下降至140℃。比表面積(SSA)有一定的增加，較KGM增加50％左右。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析比表面積發(fā)現(xiàn)其不能達(dá)到測試單位所要求的氫氣吸附材料對(duì)

4、比表面積(SSA)的要求(400-600 m2/g)，未能進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)對(duì)改性魔芋葡甘聚糖(PKGM)進(jìn)行多種溶劑的溶解實(shí)驗(yàn)表明，其不具備在任何一種常規(guī)溶劑中良好的分散，因此無法進(jìn)行高分子溶液-金屬離子絡(luò)合試驗(yàn)。在進(jìn)行PKGM-金屬離子吸附的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其對(duì)金屬離子表現(xiàn)出了較好的吸附性能，因此嘗試用PKGM吸附金屬離子的方法與金屬離子結(jié)合以增加氫氣吸附位點(diǎn)。對(duì)于PKGM吸附金屬銅離子，Cu(Ⅱ)離子去除率達(dá)到80％以上，同時(shí)吸附量也

5、有16mg/g以上，但最終的PKGM-Cu(Ⅱ)絡(luò)合物的比表面積(SSA)分析表明其仍舊不能達(dá)到測試單位所要求的氫氣吸附材料對(duì)比表面積的要求。
　　 在對(duì)以上研究進(jìn)行總結(jié)之后，本研究將關(guān)鍵問題歸結(jié)為對(duì)天然高分子的單純改性不能夠改變高分子比表面積小，空隙率差的特性。最終選擇了以碳納米管作為支撐，將天然的魔芋葡甘聚糖(KGM)及改性魔芋葡甘聚糖(PKGM)涂覆到修飾過的多壁碳納米管(MWCNTs)形成所謂的PKGM-涂覆碳納米管復(fù)合