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《福建师范大学》 2012年
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纤维素基活性碳纤维的制备和性能研究

吴艺琼  
【摘要】:活性碳纤维(Activated carbon fiber, ACF)是一类多孔纤维状材料,比表面积高,孔容量大,高长径比,具有极强的表面活性和广谱的吸附性能。已经应用于电池、水处理、溶剂回收、空气净化、除臭氧、除湿等环境和资源回收领域。本文利用化学活化法制备活性碳纳米纤维(Activated carbon nanofiber, ACNF),通过改变ACNF的制备工艺控制纤维的产率,分析工艺条件对ACNF的结构及性能影响。主要工作包括: 1、以纤维素纳米纤维(CelluNF)为前驱体经化学活化制备ACNF。以NH4C1溶液、ZnCl2溶液为活化剂,研究了活化剂种类与ACNF的表面形貌和孔结构及孔径分布的关系,分析了活化盐用量对孔结构及孔径分布的影响。结果表明,浸渍1%NH4C1活化使ACNF能保持最好的表面形貌;可明显提高ACNF的产率;两种活化剂处理均使ACNF具有石墨微晶结构;ACNF的表面孔隙结构丰富,微孔为主,孔径分砸为0.5~1.5nm。 2、采用(1)脱水剂聚磷酸铵(APP)处理纤维素纤维,(2)在适当温度下稳定纤维素纤维,以便提高碳纤维的产率。为此,以直径为20μm的棉纤维(MF)为前驱体制备了碳纤维(CFs)。研究了预处理温度(300℃、350℃、400℃)及保持时间(30min、45min、60min、90min、120min)对CFs的形貌及性能的影响;研究了浸渍脱水剂聚磷酸铵(APP)溶液前后对CFs产率的影响;分析了预处理温度、保持时间和APP用量对孔结构及产率的影响。研究表明,浸渍脱水剂APP溶液可明显提高CFs的产率;预处理温度为400℃,保持时间为60min时,CFs的表面孔隙更加丰富,表面形貌更好。 3、在第一、二章研究成果的基础上,本章利用第一、二章的研究成果,采用化学活化法制备ACNF。选取NH4Cl为活化剂,控制预处理温度为400℃,保持时间60min,通过二次活化,进一步提高ACNF的比表面积和孔容。分别采用扫描电镜、XRD和氮气吸附-脱附等温线表征ACNF的形貌、微观结构、比表面积、孔容和孔径大小。XRD结果表明ACNF形成了类似石墨结构晶型。经过二次活化后,纤维出现了明显的断裂和粘结现象。主要是由于此过程中产生大量微孔结构使纤维变脆。活化盐的浓度从1%增加到5%时,ACNF的比表面积从5.3×102m2/g增加到1.0×103m2/g,且纤维的孔容也增加。
【学位授予单位】:福建师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ342.742

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