偏氯乙烯共聚物-無機(jī)納米粒子復(fù)合材料及多孔炭的制備與表征.pdf

1、多孔炭材料是具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大、物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、可循環(huán)利用的炭素材料，在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)催化、新能源等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)多孔炭以含微孔為主，中孔很少，制約了其在含大分子物質(zhì)廢水的處理、以分子尺寸大的有機(jī)物為電解質(zhì)的超級電容器等方面的應(yīng)用。為此，本文提出了一種制備中孔-微孔復(fù)合、孔隙率和比表面積大的多孔炭材料的新方法，即以直接炭化就可形成微孔的偏氯乙烯聚合物為炭前驅(qū)體，同時(shí)利用無機(jī)納米粒子的模板作用形成中孔。

2、>　　 首先以偏氯乙烯-丙烯酸甲酯(VDC-MA)共聚物為炭前驅(qū)體，以初級粒子粒徑為20～50nm的納米水滑石為模板劑，通過原位懸浮聚合制備VDC-MA共聚物/納米水滑石復(fù)合材料，再通過高溫炭化和模板消除制備多孔炭材料。采用電鏡、紅外光譜、熱重分析、X-射線衍射、N2吸脫附等方法對復(fù)合材料及多孔炭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。發(fā)現(xiàn)：納米水滑石的引入使VDC-MA復(fù)合樹脂的顆粒形態(tài)變得不規(guī)整；當(dāng)水滑石含量小于15.84wt％時(shí)，水滑石基本以初級粒子

3、形式分散在VDC共聚物基體中；VDC-MA共聚物與納米水滑石復(fù)合后，熱穩(wěn)定性提高，但熱降解歷程并不改變。進(jìn)一步考察炭化溫度和水滑石含量對多孔炭表面形貌及孔隙結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)炭化溫度為800℃時(shí)，炭化物的孔隙率、比表面積和中孔率均較大；采用水滑石含量為8.43wt%的復(fù)合樹脂制得的多孔炭的比表面積約為1000m2/g，平均孔徑為2nm左右，孔徑分布均勻，中孔率達(dá)26.5%。
　　 再以粒徑為10～15nm的納米SiO2粒子水分散液

4、為原料，采用原位乳液聚合制備VDC-MA共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子，再通過復(fù)合粒子的炭化和模板消除制備多孔炭?？疾炝思{米SiO2含量對復(fù)合粒子形態(tài)，及炭化物孔隙結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)及形貌的影響。發(fā)現(xiàn)VDC-MA共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子基本呈“石榴”狀形態(tài)；消除SiO2模板后的炭化物的等溫吸脫附曲線為Ⅳ型，具有明顯的H1型遲滯回線，呈現(xiàn)中孔材料的典型特征；800℃下炭化VDC共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子可制備炭化完全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積和

5、孔體積大、中孔率高且中孔孔徑分布窄的多孔炭；隨著復(fù)合粒子中SiO2含量的增大，多孔炭的平均孔徑、中孔孔體積及中孔率增加，由SiO2含量為11.86wt%、22.68wt%和35.29wt%的復(fù)合粒子制備的多孔炭的比表面積高達(dá)1000～1500m2/g，平均孔徑分別為3.1nm、3.7nm、5.3nm，中孔率分別達(dá)到49.5%、63.6%、82.2%。通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)制得的中孔炭孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，存在大量中孔且孔徑分布均勻，說明SiO2起到了