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聚丙烯腈基活性中空炭纤维的制备和性能的研究

朱群玉  
【摘要】:本课题以聚丙烯腈(PAN)中空纤维为前驱体,对PAN基活性中空炭纤维的预氧化、炭化、活化制备条件和性能进行了系统的研究。研究了PAN-ACHF的制备条件对炭纤维结构和性能的影响;以KOH为活化剂,制备出具有超大比表面积的PAN-ACHF;考察了结构与性能间的关系,对PAN基中空活性炭纤维的孔结构和性能进行表征;运用等离子表面改性处理技术,对PAN炭纤维表面镀铜的工艺和机理进行了研究。主要研究结果如下: 1.研究了预氧化条件对炭纤维结构和性能的影响。预氧化温度有适当的范围,温度过低氧化不充分,温度过高氧化过度。时间对预氧化程度的影响和温度具有互补互换性。随着温度的提高和时间的延长,ACHF对碘和亚甲基兰的吸附量总体呈先增大后降低。随着升温速率的降低,活化得率明显提高;对碘和亚甲基兰的吸附量影响不大。最合适的预氧化条件为:温度250℃、时间2hr、升温速率5℃/min。 2.研究了炭化过程对PAN-ACHF结构和性能的影响。炭化温度对活性炭纤维的得率和吸附性能的影响显著。随着炭化温度的增加,炭化得率迅速下降;且变化规律基本一致;随温度的比表面积增加,总体呈先增后降,在900℃时达最大值。炭化时间对活化丝的影响与温度基本一致,活化丝的比表面积和吸附性能在炭化时间为60min达到最大值。随升温速率的增加,活化得率明显下降,比表面积,及对碘和亚甲基兰的吸附量均呈增加趋势。最佳的炭化条件为:温度900℃,时间1hr,升温速率30℃/min。 3.研究了CO_2法活化条件对PAN-ACHF结构和性能的影响。活化温度和时间对活化收缩率的影响不大。活化温度对ACHF活化得率的影响非常显著,随着活化温度的增加,活性炭纤维的活化得率迅速下降:温度对比表面积和吸附性能的影响有相同的趋势,随温度的增加先升后降,在950℃有最大值。CO_2活化法制备PAN-ACHF,活化时间对结构和性能影响显著,且时间和温度有互补性。


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