丙烯腈共聚物-納米氧化硅復(fù)合粒子和中孔炭的制備和表征.pdf

1、中孔炭具有比表面積和孔體積大、穩(wěn)定性好和化學(xué)惰性強(qiáng)等特點(diǎn)，在吸附分離、催化劑負(fù)載、雙電層電容材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。針對(duì)傳統(tǒng)活性炭以微孔為主、中孔率低、孔徑分布不均等問(wèn)題，論文提出采用原位乳液聚合制備丙烯腈共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子，并通過(guò)復(fù)合粒子炭化和模板消除制備中孔炭的新方法，對(duì)引發(fā)劑在納米SiO2粒子表面的吸附、改性納米SiO2粒子存在下的原位乳液聚合行為、復(fù)合乳膠粒子粒徑和形態(tài)控制及復(fù)合粒子形成機(jī)理進(jìn)行了深入研究，并探討

2、了納米SiO2粒子含量、炭化溫度對(duì)中孔炭孔徑及其分布、比表面積和形態(tài)的影響及中孔炭的形成機(jī)理，制得中孔率高、孔徑分布均勻的中孔炭。
　　 以粒徑為10～15nm的納米SiO2粒子水分散液為原料，通過(guò)原位乳液聚合制備丙烯腈(AN)-甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子。調(diào)節(jié)水相pH值大于SiO2的等電勢(shì)點(diǎn)，可使帶負(fù)電的納米SiO2粒子通過(guò)靜電作用與2，2'-偶氮(2-脒基丙烷)二氯化氫(AIBA)引發(fā)劑發(fā)生吸附。發(fā)

3、現(xiàn)納米SiO2水分散體系在pH=11時(shí)Zeta電位絕對(duì)值最大，體系最穩(wěn)定。隨著AIBA吸附量的增加，納米SiO2水相分散穩(wěn)定性降低；當(dāng)pH=11時(shí)納米SiO2穩(wěn)定分散的AIBA吸附上限值為0.24 mmol·(g·SiO2)-1，其穩(wěn)定分散臨界電位值為-21.6mV。
　　 在納米SiO2表面吸附AIBA引發(fā)作用下，進(jìn)行AN-MMA原位乳液聚合。發(fā)現(xiàn)聚合速率隨AIBA濃度和聚合溫度的上升而增大，隨著納米SiO2含量的增加而減少；

4、復(fù)合粒子的體均粒徑隨SiO2含量的增加而增加，乳化劑聚氧化乙烯失水山梨酸單油酸酯(Tween-80)用量為2.0g/L時(shí)，復(fù)合粒子的粒徑分布較窄，平均粒徑為450nm左右；隨著引發(fā)劑用量增加，復(fù)合粒子的粒徑由雙峰分布向單峰分布變化。聚合中后期補(bǔ)加十二烷基硫酸鈉陰離子型乳化劑，可以顯著提高復(fù)合膠乳的穩(wěn)定性。
　　 結(jié)合多次離心分離/超聲分散、透射電鏡觀察等發(fā)現(xiàn)：原位乳液聚合得到的復(fù)合乳膠粒子表面粗糙，當(dāng)SiO2/AN-MMA質(zhì)量比

5、為10％和20％時(shí)，超過(guò)85％的SiO2粒子與AN-MMA共聚物粒子復(fù)合良好；當(dāng)納米SiO2含量超過(guò)30％時(shí)，有部分納米SiO2粒子與乳膠粒子分離而分散在連續(xù)相中。通過(guò)N，N-二甲基甲酰胺抽提發(fā)現(xiàn)部分共聚物能接枝到納米SiO2上，接枝率隨SiO2含量增加先增大后下降，而AN-MMA共聚物的接枝效率隨SiO2含量的增大而增大。認(rèn)為表面包覆(包括接枝部分)共聚物多的SiO2粒子以位于復(fù)合粒子內(nèi)部外主，而表面包覆(或接枝)共聚物少的SiO2粒

6、子則鑲嵌在復(fù)合粒子表面或分散在水相。
　　 將制備的AN-MMA共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子炭化并刻蝕SiO2粒子制備中孔炭材料，采用紅外光譜、熱重分析、X-射線衍射、N2吸脫附、掃描電鏡和透射電鏡等方法表征中孔炭組成、孔徑及其分布、比表面積和形貌，并考察炭化溫度和納米SiO2含量對(duì)中孔炭結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)模板SiO2經(jīng)濃HF浸泡能完全除去，制備的炭材料的中孔主要源自SiO2模板粒子。制備的炭材料的等溫吸脫附曲線屬I(mǎi)V型等溫線，具

7、有明顯的滯后環(huán)，呈現(xiàn)中孔材料的典型特征。800℃下炭化AN-MMA共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子得到的中孔炭炭化完全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，中孔孔徑分布集中，比表面積高，孔體積、平均孔徑和中孔率大。隨著復(fù)合物中SiO2含量增加，炭材料的中孔率、平均孔徑和比表面積增加，采用SiO2含量為12.24％、19.12％和24.93％的AN共聚物/納米SiO2復(fù)合粒子制備的炭材料的中孔率分別為54.8％、62.7％、76.6％，平均孔徑分別為3.97nm、4.