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《河北大学》 2009年
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以鳞片石墨为原料的多功能碳材料的制备与应用研究

李冀辉  
【摘要】:多功能碳材料是一种石墨层间化合物(GIC),它的热膨胀产物—膨胀石墨具有发达的网络状孔型结构,以及比较高的比表面积和表面活性。这种材料具有耐热、耐辐射,密封和自润滑性,耐腐蚀性和各向异性等特点,可制成优异的导电、导热、隔热、保温等材料,也可以作为催化剂或催化剂载体。为深入开发和利用多功能碳材料,本研究主要做了一下工作: 1.进一步研究和探索了制备制备多功能碳材料的新工艺和新方法,主要涉及:将实验室制备与工业生产紧密地结合,成功地研究制备出完全拥有知识产权的不使用浓硝酸、稀硝酸等含硝基化合物的不含硫的、低温可膨胀的多功能碳材料的制备方法,并采用这些技术制备了多功能碳材料,它不仅满足了本的研究需要,还为大规模生产奠定了基础。另外,制备了应用研究过程中需要的起始膨胀温度高的多功能碳材料,为生产市场需要的该种材料提供了技术。更重要的是还用超声波技术建立了制备多功能碳材料的技术,它是继电化学法和化学氧化法之后,制备多功能碳材料的第三种技术,也是对生产多功能碳材料工艺路线的一次重要革新。 2.以鳞片石墨为原料,采用化学氧化法和超声波法制备多功能碳材料路线为基础,制备出膨胀石墨负载的含硫的和不含硫的纳米二氧化钛的复合物(Nano-TiO2/EGC)。用X-衍射、扫描电镜和透射电镜对膨胀石墨负载的纳米二氧化钛复合材料进行了表征。模拟研究了含硫的Nano-TiO2/EGC对甲基橙与农药污水的吸附和光催化降解作用,结果说明Nano-TiO2/EGC对甲基橙和多种农药的有良好的吸附作用和光催化降解功能。实验还发现不同的膨化温度对纳米二氧化钛的晶形结构有影响,硫含量对光催化降解甲基橙和农药也有影响。 3.建立了以多功能碳材料作为石墨固体膨胀剂,与苯胺单体原位聚合合成可膨胀聚苯胺/石墨固体膨胀剂复合物,然后进行热膨胀的原位聚合-热膨胀的技术。用这种原位聚合-热膨胀技术,并且成功地合成了聚苯胺/膨胀石墨复合物。X-衍射、扫描电镜和红外等手段表征显示聚苯胺/膨胀石墨复合物具有聚苯胺包覆在膨胀石墨上的结构,这种复合材料将聚苯胺的形貌改变成泡沫状,增强了其导电性能,降低了密度,它有望在航天及其它高科技领域得到应用。 综上所述,本研究不仅为制被性能各异的多种多功能碳材料提供了工艺路线,同时也为制备可回收利用催化剂、环境污染治理和导电复合材料奠定了理论与实验基础,因此具有较好的理论与应用价值。
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O613.71

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