聚丙烯腈基活性中空炭纤维结构和性能的研究

【摘要】：本文以聚丙烯腈(PAN)中空纤维为前驱体,进行预处理、预氧化、炭化、活化和表面涂覆过程的研究,研制出具有丰富微孔和中孔结构的PAN基活性中空炭纤维(PAN-ACHF),其比表面积高,对小分子物质肌酐和中分子物质VB_(12)具有很高的吸附率,使其不仅适用于气相和液相低分子量分子的吸附,而且可应用于催化、医药及液相吸附等涉及较大分子的领域。此外,通过FTIR、SEM、DSC、X射线衍射、元素分析、氮气自动吸附议、分光光度计等测试分析手段,对PAN基的预氧化纤维、炭纤维和活性炭纤维的结构和性能、反应机理以及PAN-ACHF的孔结构表征进行了深入研究。具体研究内容如下: 1.研究五种含磷化合物(NH_4)_2HPO_4、(NH_4)H_2PO_4、(NH_4)_3PO_4、H_3PO_4、HPO_3对后继PAN—ACHF的结构和性能的影响,选择出合适的含磷化合物对PAN中空纤维进行预处理。 研究结果表明,(NH_4)_2HPO_4是所研究的五种含磷化合物中最为合适的PAN中空纤维的预处理剂。用(NH_4)_2HPO_4预处理过的PAN-CHF的比表面积远远大于用其它含磷化合物处理过的样品,达到59m~2·g~(-1)。用(NH_4)_2HPO_4预处理过的PAN—ACHF的比表面积达到了最大值766m~2·g~(-1),其中中孔的比表面积也达到了最大值174m~2·g~(-1);对中分子物质VB_(12)的吸附率达到了最大值,为97.7%。 2.选用(NH_4)_2HPO_4对PAN中空纤维进行预处理,研究其对后继PAN—ACHF的结构和性能的影响,合理选择最佳预处理条件。 研究结果表明,当(NH_4)_2HPO_4溶液的浸渍浓度为4%,浸渍时间为30min时,所得到的PAN—ACHF具有最佳的结构和性能,此时的BET比表面积达到了最大值,为513m~2·g~(-1);对VB_(12)的吸附率达到了最大值,为86%;PAN—ACHF中的中孔数目是最多的。 3.系统研究预氧化过程中,预氧化条件对后继PAN—ACHF的结构和性能的影响,合理选择最佳预氧化条件。 研究结果表明,PAN中空纤维的最佳预氧化条件为230℃,5hr。此时的PAN—ACHF的BET比表面积达到最大值,666m~2·g~(-1),同时,中孔的比表面积也