聚丙烯腈基導(dǎo)電纖維和微納結(jié)構(gòu)聚苯胺的制備及其性能研究.pdf

1、日益嚴(yán)重的水污染和能源欠缺問(wèn)題使得人們正極力開(kāi)發(fā)有效的辦法來(lái)解決這一問(wèn)題。其中，半導(dǎo)體光催化降解技術(shù)因能徹底降解污染物、無(wú)二次污染、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，使其在緩解污染水問(wèn)題方面具有極大的應(yīng)用前景。將具有光催化活性物質(zhì)負(fù)載于纖維織物上，制備出兼具優(yōu)良催化活性和機(jī)械性能的多功能纖維是未來(lái)走向工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的一種重要研究方向。針對(duì)能源危機(jī)問(wèn)題，除了開(kāi)發(fā)綠色新能源之外，能源儲(chǔ)存技術(shù)也受到國(guó)家的高度重視。電化學(xué)電容器，作為一種新型的能源儲(chǔ)存設(shè)備，因

2、其龐大的潛在價(jià)值，吸引了科研工作者的研究興趣。
　　本文重點(diǎn)研究了以聚丙烯腈纖維為基底，采用化學(xué)螯合、溶劑熱法制備了PAN@CuS導(dǎo)電纖維、PAN@CuS@Ni3S4功能化纖維織物。首先，通過(guò)掃描電鏡（SEM）、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（FT-IR）、X射線(xiàn)衍射（XRD）分別對(duì)所制備的材料做了表征，并探究其在光催化降解有機(jī)廢水上的應(yīng)用。其后，又采用電化學(xué)沉積法合成了微納米結(jié)構(gòu)聚苯胺。通過(guò)循環(huán)伏安法、恒定電流充放電法、交流阻抗法等手段對(duì)所

3、制備材料的電化學(xué)性能做了測(cè)試，主要工作如下：
　　（1）采用化學(xué)螯合法制備聚丙烯腈導(dǎo)電纖維，優(yōu)化后的反應(yīng)條件為絡(luò)合劑的濃度5 mg/ml，反應(yīng)溫度95℃，反應(yīng)時(shí)間135 min，硫酸銅的濃度25 mg/ml。在拉伸實(shí)驗(yàn)中，較低濃度的絡(luò)合劑環(huán)境下，絡(luò)合劑濃度的增加使得制備的聚丙烯腈纖維斷裂拉伸應(yīng)變?cè)黾?。?dāng)使用過(guò)量的絡(luò)合劑時(shí)，因改變聚丙烯腈纖維的固有結(jié)構(gòu)使其斷裂應(yīng)變又有所降低。然而，絡(luò)合劑的濃度和硫酸銅的濃度對(duì)所制備樣品拉伸強(qiáng)度卻沒(méi)有

4、太大的影響。
　?。?）采用溶劑熱法制備PAN@CuS@Ni3S4催化劑，經(jīng)過(guò)溶劑熱后PAN纖維發(fā)生了部分解取向，導(dǎo)致其特征衍射峰降低。SEM、Mapping分析得出，在PAN纖維表面均勻負(fù)載著致密的硫化銅薄層。當(dāng)引入硫化鎳后生成了高度有序的菠蘿狀微納米異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間探討了其生長(zhǎng)機(jī)理，得出6h所得纖維表面負(fù)載的催化劑結(jié)構(gòu)較為規(guī)整有序。然后，改變反應(yīng)溶劑體系，例水、無(wú)水乙醇、乙二醇、異丙醇探究溶劑對(duì)其形貌的影響。在對(duì)亞

5、甲基藍(lán)和羅丹明B的光催化降解實(shí)驗(yàn)中，相比于純PAN纖維和PAN@CuS，PAN@CuS@Ni3S4因其獨(dú)特形貌和生成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)揮協(xié)同作用進(jìn)而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化降解活性。紫外光照4 h后就能將有機(jī)染料基本降解完全，降解效率高達(dá)97％。PAN纖維表面結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)5次循環(huán)催化后基本無(wú)坍塌現(xiàn)象，仍保持有90%的催化降解效率。
　　（3）電化學(xué)法制備微納米結(jié)構(gòu)聚苯胺的研究，分別對(duì)所制樣品做了 SEM、FT-IR、XRD等表征。其中，PANI-

6、H2SO4呈類(lèi)珊瑚狀微納結(jié)構(gòu)，PANI-CSA呈三維網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)，而PANI-H3PO4則呈現(xiàn)出與PANI-H2SO4相類(lèi)似的珊瑚狀。不過(guò)PANI-H3PO4短棒的直徑略大于PANI-H2SO4。循環(huán)伏安測(cè)試中，三維網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)的PANI-CSA在30 mV/s較大掃速下曲線(xiàn)基本不發(fā)生變化，體現(xiàn)出較好的電容特性。在0.5 A/g的電流密度下，放電比容量為321 F/g，當(dāng)電流密度增大到5 A/g時(shí)也有220 F/g的放電比容量。在交流阻