聚苯胺-超純太西無煙煤復合材料的制備與性能研究.pdf

1、太西無煙煤是稀缺礦產資源,如何延長資源使用壽命,最大限度提高其利用效率,是研究的熱點問題。本文以超純太西無煙煤為模板,原位聚合制備聚苯胺/超純太細無煙煤導電復合材料。通過電導率測試結合SEM、XRD、TG、BET等分析手段,探討了無煙煤的用量、摻雜酸的種類、無煙煤的氧化改性方法對聚苯胺/超純太西無煙煤導電復合材料的結構與性能的影響。并且依據分形理論建立了聚苯胺、聚苯胺/超純太西無煙煤復合材料的生長模型。
　　首先,煤大分子酸、HC

2、l、對甲苯磺酸(TSA)摻雜的聚苯胺/超純太西無煙煤復合材料的電導率均隨苯胺含量的增加而增大,聚苯胺均與超純太西無煙煤之間存在化學鍵合,且摻雜主要發(fā)生在醌二亞胺結構單元上。在苯胺含量相同時,TSA摻雜的聚苯胺/超純太西無煙煤復合材料電導率最佳,HCl摻雜的次之,煤大分子酸摻雜的最差; TSA能有效摻雜于聚苯胺鏈上,較HCl、煤大分子酸摻雜的聚苯胺/超純太西無煙煤復合材料結晶度好且具有納米線結構。二次摻雜并未改變HCl摻雜復合材料的鏈結構

3、,TSA雖能起到摻雜作用,但二次摻雜較HCl摻雜結晶度低。TSA摻雜提高了聚苯胺/超純太西無煙煤復合材料的熱穩(wěn)定性,HCl摻雜使其具有良好的導電性。
　　其次,氧化處理增加了煤表面的羧基、羥基等極性官能團,使其與聚苯胺可以發(fā)生更多鍵合與摻雜,從而增強其界面作用;改善了煤的孔結構及孔分布,起到了疏通孔道的作用,使復合材料表面的棒狀結構分布更為均勻致密,結晶度和熱穩(wěn)定性提高。復合材料的導電性由煤的大分子骨架結構、孔結構及其酸性官能團含

4、量的協(xié)調平衡作用決定的,因聯(lián)合氧化較NaClO更大幅度破壞了超純太西無煙煤的大分子骨架結構,盡管酸性官能團含量增加,但無法改善復合材料的導電性能,而NaClO氧化煤使復合材料具有更高的電導率。
　　最后,分形理論分析表明,聚苯胺微粒的生長符合擴散受限制的凝聚(DLA)模型,其結構為具有自相似性的分枝結構;聚苯胺在煤模版中的分形聚合生長受到界面作用與導向作用的影響。聚苯胺在溶液中的聚合生成不規(guī)則球狀形貌,在煤外表面聚合生長呈現(xiàn)層狀堆