粘膠基大孔活性炭纖維的制備和成孔機理的研究.pdf

1、活性炭纖維(ACF)是二十世紀60年代初研制成功的一種新型高效吸附功能材料。目前研制和生產(chǎn)的ACF大多數(shù)是孔徑為2nm以下的微孔型產(chǎn)品,適于氣體和小分子量液體分子的吸附,無法吸附尺寸在幾十到幾百納米的生物大分子以及病毒等物質(zhì)。本論文的目的是研制出一種新型纖維狀吸附材料,它一方面具有較高的比表面積提供吸附能力,另一方面表面富含大孔(孔徑在50nm以上),能作為陷阱捕獲、滅活SARS類病毒分子。這種纖維吸附材料可以制成防護服、面具、口罩等。

2、
　　 本論文在中孔(孔徑在2nm～50nm之間)活性炭纖維擴孔技術(shù)的研究基礎(chǔ)上,選擇了堿金屬鹽與磷酸混合溶液作為獨特的擴孔劑,選擇廉價的水蒸汽作為活化劑,運用化學活化法與物理活化法相結(jié)合的獨特制備方法,對粘膠原絲進行浸漬預處理,再經(jīng)過預氧化和炭化活化處理,成功制備出表面富含大孔的ACF。
　　 論文運用多種手段對制備過程中纖維結(jié)構(gòu)性能的變化進行了系統(tǒng)研究。本論文通過實驗證實通過工藝控制可以對ACF的表面大孔進行尺寸可控

3、制備。運用SEM研究發(fā)現(xiàn),通過改變原絲浸漬預處理條件,包括堿金屬鹽濃度、磷酸溶液濃度、浸漬時間可以改變ACF表面孔的大小、分布以及纖維比表面積等。論文確定了比較佳的工藝參數(shù)。研究同時發(fā)現(xiàn)活化工藝對ACF的收率、比表面積也有影響:延長活化時間、提高活化溫度均可以提高比表面積,但活化收率降低。
　　 論文運用多種手段對制備過程中纖維結(jié)構(gòu)性能的變化進行了系統(tǒng)研究。FTIR發(fā)現(xiàn)粘膠原絲經(jīng)過一系列處理后呈現(xiàn)化學效應(yīng),在纖維表面形成羥基、羧

4、基、羰基、內(nèi)酯基等含氧基團。ACF的X衍射變化曲線說明ACF炭網(wǎng)六元環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸比較小,晶粒排列不夠規(guī)整,結(jié)晶度不高,以無定形炭為主,峰值很微弱,炭化后的纖維強度也比較低。經(jīng)高溫(800℃以上)活化以后的纖維衍射峰有所增強,纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性產(chǎn)生變化,石墨微晶的完整性有所提高。
　　 熱重實驗分析發(fā)現(xiàn)磷酸及堿金屬鹽等浸漬物質(zhì)可以使得纖維的脫水反應(yīng)提前,同時它們也改變粘膠纖維的熱解反應(yīng),使熱解反應(yīng)滯后,并可以有效的降低纖維的炭損失

5、率,從而也使得活性炭纖維的得率提高。元素分析法表明ACF形成過程中,C元素含量逐漸增加,O、H元素的含量則相應(yīng)減少,含氧、含氫官能團的濃度呈單調(diào)降低,這一變化規(guī)律與粘膠基炭纖維制備過程中元素含量的變化是相似的。
　　 運用圖像分析法直觀的表征了某一條件下制得的ACF表面大孔分布。論文根據(jù)Kelvin方程推導出孔分布函數(shù),初步為進一步探討大孔的孔徑分布和分析孔結(jié)構(gòu)建立了基本理論基礎(chǔ)。
　　 高分辨率SEM發(fā)現(xiàn)用本論文的實驗