聚丙烯腈基中孔活性碳纖維的制備及其性能表征.pdf

1、活性碳纖維(ACF)的孔隙直接開(kāi)口于表面，并且孔徑分布均勻，比表面積大，具有耐熱、耐酸和耐堿的性能，以及較好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性。由于活性碳纖維的外表面積較大，所以吸附容量高。正是因?yàn)樗?dú)特的化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)和優(yōu)異的吸附性能使ACF得到了廣泛的應(yīng)用。目前ACF大多為微孔型，孔徑分布在1～2nm，特別適用于低分子量物質(zhì)的吸附，限制了其在醫(yī)藥、電子、催化等方面的應(yīng)用。因此，有必要對(duì)中孔活性碳纖維的制備進(jìn)行研究。
　　 本課題選用在

2、紡絲液中加入造孔劑的方法來(lái)制備中孔活性碳纖維。具體方法是:在聚丙烯腈漿料中加入分解溫度比聚丙烯腈(PAN)低的高分子聚合物，然后運(yùn)用濕法紡絲制得原纖維，原纖維經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、碳化、活化后其中作為造孔劑的高分子聚合物分解逸出從而形成孔洞。
　　 本文首先研究了造孔劑的選擇和造孔劑與聚丙烯腈的相容性。結(jié)果表明，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(K30)和乙酰丙酮鎳在溶劑二甲基亞砜(DMSO)中的溶解性能較好，它們與PAN都有

3、較好的相容性且分解溫度比PAN低，在碳化、活化時(shí)易分解，是造孔劑的最佳選擇。
　　 本文又研究了造孔劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及造孔劑與聚丙烯腈漿料的質(zhì)量比對(duì)紡絲液的流變性能及紡絲性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)造孔劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，溫度為60℃時(shí)，是紡絲的最佳條件。紡絲液屬于切力變稀的非牛頓流體，其表觀黏度隨溫度的升高而降低，當(dāng)紡絲液受到剪切作用時(shí)，其復(fù)數(shù)黏度隨著剪切速率的變化存在一個(gè)臨界值，在臨界值之前，紡絲原液的復(fù)數(shù)黏度隨剪切速率的增加迅速

4、下降;在臨界值之后，復(fù)數(shù)黏度隨著剪切速率的增加趨于平緩，在高剪切速率時(shí)，黏度幾乎不變。
　　 本文運(yùn)用濕法紡絲制備出原纖維，并對(duì)原纖維的性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，加入造孔劑后原纖維的伸長(zhǎng)率和強(qiáng)度都減小，但增加拉伸倍數(shù)有利于原纖維強(qiáng)度的提高。掃描電鏡結(jié)果顯示，加入聚甲基丙烯酸甲酯的原纖維表面粗糙不均且存在小孔，加入聚乙烯基吡咯烷酮的原纖維其表面比較均勻，同時(shí)加入聚乙烯基吡咯烷酮和乙酰丙酮鎳的原纖維表觀形貌較好。
　　 最后

5、，選擇合適的碳化、活化溫度制備出活性碳纖維，并對(duì)其性能進(jìn)行了表征。對(duì)原纖維的熱失重分析確定800℃是碳化、活化的最佳條件。活性碳纖維的紅外和TG-DTA分析表明，原纖維中的造孔劑已大部分或全部分解，而且加入造孔劑后ACF的靜態(tài)苯吸附值明顯增大，加入K30的ACF苯吸附量比加入PMMA的要大很多，說(shuō)明K30比PMMA分解的完全，而同時(shí)加入乙酰丙酮鎳和K30的ACF靜態(tài)苯吸附值比只加K30的大，說(shuō)明乙酰丙酮鎳的加入對(duì)控制孔徑起到了一定的作用