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静电纺PAN纳米活性碳纤维吸附性能研究
作 者: 仇群仁
导 师: 徐山青
学 校: 南通大学
专 业: 纺织工程
关键词: 静电纺丝 聚丙烯腈 活性碳纤维 纳米 吸附
分类号: TQ342.74
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
静电纺丝(Electrostatic Spinning)是目前制备纳米级纤维的基本方法,静电纺聚丙烯腈纳米活性碳纤维(PAN Nano-ACF)作为一种新型纤维状碳质材料,目前学界对其结构和吸附性能的研究还较少,国内外尚未有文献报道。本文在前人研究的基础上,利用自制的静电纺丝设备纺制PAN纳米纤维,研究了各纺丝工艺参数对纤维直径和离散度的影响,并通过正交试验得出了可稳定纺出粗、中、细三种不同直径的PAN纳米纤维的最佳工艺条件。在此基础上研究了PAN纳米纤维的预氧化工艺,得出最佳预氧化条件,再通过炭化活化制备出PAN纳米活性碳纤维。经比较得出在600℃活化处理3 min所得产品的活化得率及比表面积较为理想。本文以扫描电子显微镜(SEM)、TG-DSC热分析、红外光谱(IR)分析、比表面积及孔隙度分析为主要表征手段,较为系统地研究了PAN纳米纤维原丝的性能及PAN纳米活性碳纤维制备各个阶段纤维的表面形态和结构性能的变化,结果表明:(1) PAN纳米纤维毡的断裂强力、断裂伸长率随纤维直径的增大而增加;纤维毡的透气性能在纺丝体积一定时随纺丝液浓度的增加而增加;纤维毡的芯吸效应在纺丝液浓度一定时随纺丝体积的增加而增强。(2)最佳预氧化工艺为:以5℃/min速率升温至100℃后,每升高30℃恒温20min,最高升至230℃。经预氧化处理后,PAN纳米纤维表面形态及分子链发生一系列变化,这主要与纤维内大分子链发生环化反应有关。(3)PAN纳米纤维经炭化活化处理后,纤维内大分子链发生脱氢反应及热裂解反应;活化时间的控制对制备高比表面积的PAN纳米活性碳纤维十分重要,还应注意活化时间对产品得率的影响;制得的PAN纳米活性碳纤维孔隙以微孔为主,部分孔径在亚微孔范围。本文对PAN纳米活性碳纤维的吸附性能及制备工艺对PAN纳米活性碳纤维吸附性能的影响作了研究,结果表明:(1) PAN纳米活性碳纤维对苯吸附160min后达到饱和状态。(2)活化时间延长制得的PAN纳米活性碳纤维活化程度加深,比表面积相应增大,孔径变宽,孔容积增大,对N2吸附平台增高。(3)PAN纳米活性碳纤维对四氯化碳和水溶液中碘的吸附率分别为85.82mg/g、1270mg/g。
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全文目录
摘要 6-8 ABSTRACT 8-10 第一章 绪论 10-24 1.1 静电纺丝技术及其研究现状 10-14 1.2 PAN 基碳纳米纤维及其研究现状 14-20 1.3 吸附作用及吸附机理 20-22 1.4 课题研究的意义、主要内容及创新点 22-24 第二章 静电纺制备 PAN 纳米纤维影响因数研究 24-43 2.1 实验材料、仪器及装置 24-25 2.2 PAN 纳米纤维静电纺丝液的配制 25 2.3 纺丝工艺参数对纤维直径及形态的影响 25-34 2.4 静电纺丝制备 PAN 纳米纤维正交试验 34-35 2.5 静电纺丝制备纳米 PAN 纤维正交试验极差分析 35 2.6 PAN 纳米纤维原丝性能测试 35-42 2.7 结论 42-43 第三章 静电纺 PAN 纳米纤维的预处理工艺研究 43-50 3.1 纤维预处理工艺 43-44 3.2 仪器设备 44 3.3 实验部分 44-49 3.4 结论 49-50 第四章 静电纺 PAN 纳米纤维的炭化活化工艺研究 50-58 4.1 纤维炭化活化机理 50-51 4.2 仪器设备 51 4.3 实验部分 51-57 4.4 结论 57-58 第五章 静电纺 PAN 纳米活性碳纤维的吸附性能 58-67 5.1 吸附平衡及吸附等温线 58 5.2 吸附性能表征 58-59 5.3 PAN 纳米活性碳纤维吸附性能测试 59-66 5.4 结论 66-67 第六章 结论与展望 67-69 6.1 结论 67-68 6.2 展望 68-69 参考文献 69-73 英文缩写词表 73-74 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文及参加的项目 74-75 A:在国内外刊物上发表的论文 74 B:参加的项目 74-75 致谢 75
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 合成纤维 > 特种纤维 > 碳纤维系纤维
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