粘膠基大孔活性炭纖維的制備和成孔機(jī)理的研究.pdf

1、活性炭纖維(ACF)是二十世紀(jì)60年代初研制成功的一種新型高效吸附功能材料。目前研制和生產(chǎn)的ACF大多數(shù)是孔徑為2nm以下的微孔型產(chǎn)品,適于氣體和小分子量液體分子的吸附,無法吸附尺寸在幾十到幾百納米的生物大分子以及病毒等物質(zhì)。本論文的目的是研制出一種新型纖維狀吸附材料,它一方面具有較高的比表面積提供吸附能力,另一方面表面富含大孔(孔徑在50nm以上),能作為陷阱捕獲、滅活SARS類病毒分子。這種纖維吸附材料可以制成防護(hù)服、面具、口罩等。

2、
　　 本論文在中孔(孔徑在2nm～50nm之間)活性炭纖維擴(kuò)孔技術(shù)的研究基礎(chǔ)上,選擇了堿金屬鹽與磷酸混合溶液作為獨(dú)特的擴(kuò)孔劑,選擇廉價(jià)的水蒸汽作為活化劑,運(yùn)用化學(xué)活化法與物理活化法相結(jié)合的獨(dú)特制備方法,對(duì)粘膠原絲進(jìn)行浸漬預(yù)處理,再經(jīng)過預(yù)氧化和炭化活化處理,成功制備出表面富含大孔的ACF。
　　 論文運(yùn)用多種手段對(duì)制備過程中纖維結(jié)構(gòu)性能的變化進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本論文通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)通過工藝控制可以對(duì)ACF的表面大孔進(jìn)行尺寸可控

3、制備。運(yùn)用SEM研究發(fā)現(xiàn),通過改變?cè)z浸漬預(yù)處理?xiàng)l件,包括堿金屬鹽濃度、磷酸溶液濃度、浸漬時(shí)間可以改變ACF表面孔的大小、分布以及纖維比表面積等。論文確定了比較佳的工藝參數(shù)。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)活化工藝對(duì)ACF的收率、比表面積也有影響:延長活化時(shí)間、提高活化溫度均可以提高比表面積,但活化收率降低。
　　 論文運(yùn)用多種手段對(duì)制備過程中纖維結(jié)構(gòu)性能的變化進(jìn)行了系統(tǒng)研究。FTIR發(fā)現(xiàn)粘膠原絲經(jīng)過一系列處理后呈現(xiàn)化學(xué)效應(yīng),在纖維表面形成羥基、羧

4、基、羰基、內(nèi)酯基等含氧基團(tuán)。ACF的X衍射變化曲線說明ACF炭網(wǎng)六元環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸比較小,晶粒排列不夠規(guī)整,結(jié)晶度不高,以無定形炭為主,峰值很微弱,炭化后的纖維強(qiáng)度也比較低。經(jīng)高溫(800℃以上)活化以后的纖維衍射峰有所增強(qiáng),纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性產(chǎn)生變化,石墨微晶的完整性有所提高。
　　 熱重實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)磷酸及堿金屬鹽等浸漬物質(zhì)可以使得纖維的脫水反應(yīng)提前,同時(shí)它們也改變粘膠纖維的熱解反應(yīng),使熱解反應(yīng)滯后,并可以有效的降低纖維的炭損失

5、率,從而也使得活性炭纖維的得率提高。元素分析法表明ACF形成過程中,C元素含量逐漸增加,O、H元素的含量則相應(yīng)減少,含氧、含氫官能團(tuán)的濃度呈單調(diào)降低,這一變化規(guī)律與粘膠基炭纖維制備過程中元素含量的變化是相似的。
　　 運(yùn)用圖像分析法直觀的表征了某一條件下制得的ACF表面大孔分布。論文根據(jù)Kelvin方程推導(dǎo)出孔分布函數(shù),初步為進(jìn)一步探討大孔的孔徑分布和分析孔結(jié)構(gòu)建立了基本理論基礎(chǔ)。
　　 高分辨率SEM發(fā)現(xiàn)用本論文的實(shí)驗(yàn)