汉麻布活性炭纤维的制备与表征

论文摘要

活性炭纤维作为一种理想的新型高效活性吸附材料和环保工程材料,已经引起了国内外学者的广泛关注。本文以汉麻布为原料,采用化学活化法和化学-物理活化法,通过改变活化条件制备出孔道结构不同的汉麻布活性炭纤维。采用低温氮吸附分析、傅立叶变换红外光谱分析、密度函数理论分析以及扫描电镜分析等对材料的表面织构、化学结构、表面吸附能分布及微观形貌特征进行了表征,揭示了不同活化方法制备汉麻布活性炭纤维的炭化、活化机理。结果表明,化学活化法制备的汉麻布活性炭纤维的织构性能受活化温度的影响很大,样品的得率随活化温度的升高或活化时间的延长均逐渐降低,而比表面积则都呈现先增大后减小的变化规律,分别在活化温度为800℃和活化时间为60min时达到各自比表面积的最大值。样品的孔径分布和表面能量分布等也都随活化温度的改变呈现出了一定的变化规律。样品的孔分布集中于2nm以下的微孔范围内,既有极微孔又有超微孔,只有极少部分的中孔,基本没有大孔。化学活化法制备的样品的表面能量分布都较宽,说明样品存在不同表面能量的吸附位,表面是不均匀的。不同化学-物理活化方法得到的活性炭纤维的表面织构和碘吸附量变化规律不相同,其中活化时间和活化剂的种类对样品结构与性能的影响比较大。磷酸-二氧化碳和氯化锌-二氧化碳活化法制备的汉麻布活性炭纤维均为典型的微孔材料。样品的孔分布集中在2nm以下的微孔范围内,含有超微孔而没有极微孔,只有极少部分的中孔,基本没有大孔。样品的碘吸附量随活化时间的延长呈先增大后减小的变化趋势。氯化锌-水蒸气活化法制备的汉麻布活性炭纤维样品中,活化时间为20min的样品是典型的微孔材料,其它样品则都含有较多中孔和大孔,样品的孔分布既有2nm以下的微孔分布,又有2～100nm范围内的中孔和大孔分布。不同活化方法制备的样品的微观形貌存在很大的差异,磷酸、氯化锌、氯化锌-二氧化碳和氯化锌-水蒸气活化样品的纤维均呈条状同向排列,纤维之间有较大空隙,而磷酸-二氧化碳活化样品则呈现条状同向紧密排列的纤维形貌。磷酸和磷酸-二氧化碳活化样品的表面比较光滑,氯化锌活化样品的表面附着一些纳米线状的物质,氯化锌-二氧化碳活化样品的表面则均匀地分散着粒径大小均匀的纳米颗粒,而氯化锌-水蒸气活化样品表面不光滑,有被刻蚀的痕迹,进一步印证了不同活化方法的活化机理。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 活性炭纤维的定义及其发展概况
• 1.2 活性炭纤维的组成和结构特征
• 1.2.1 微晶结构
• 1.2.2 孔隙结构
• 1.2.3 表面化学结构
• 1.3 活性炭纤维的种类
• 1.4 活性炭纤维的制备方法
• 1.4.1 预处理
• 1.4.2 炭化
• 1.4.3 活化
• 1.5 活化机理
• 1.5.1 水蒸气活化机理
• 1.5.2 二氧化碳活化机理
• 1.5.3 氢氧化钾活化机理
• 1.5.4 氯化锌活化机理
• 1.5.5 磷酸活化机理
• 1.6 活性炭纤维的功能化方法
• 1.6.1 孔结构调控
• 1.6.2 表面化学结构改性
• 1.7 活性炭纤维的表征
• 1.7.1 热解历程及活化机理分析
• 1.7.2 表面微观形貌分析
• 1.7.3 微晶结构分析
• 1.7.4 表面织构分析
• 1.7.5 元素分析
• 1.7.6 化学结构分析
• 1.7.7 表面吸附能分布特征分析
• 1.7.8 吸附性能分析
• 1.8 活性炭纤维的应用领域
• 1.9 吸附研究的理论基础
• 1.9.1 Polanyi吸附势理论
• 1.9.2 密度函数理论
• 1.10 本论文的选题依据、创新点及主要研究内容和研究方案
• 1.10.1 选题依据
• 1.10.2 创新点
• 1.10.3 主要研究内容和研究方案
• 第二章 实验部分
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 化学活化法制备汉麻布活性炭纤维
• 2.1.2 化学-物理活化法制备汉麻布活性炭纤维
• 2.2 样品表征
• 2.2.1 低温氮吸附分析
• 2.2.2 密度函数理论分析
• 2.2.3 傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析
• 2.2.4 扫描电镜分析
• 2.2.5 碘的静态吸附测试
• 第三章 以汉麻布为原料制备活性炭纤维的研究
• 3.1 化学活化法制备汉麻布活性炭纤维
• 3.1.1 活化温度的影响
• 3.1.2 活化时间的影响
• 3.2 化学-物理活化法制备汉麻布活性炭纤维
• 3.2.1 活化剂种类的影响
• 3.2.2 活化时间的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 化学活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 4.1 磷酸活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 4.1.1 表面织构分析
• 2吸附等温线分析'>4.1.1.1 N₂吸附等温线分析
• s曲线'>4.1.1.2 a_s曲线
• 4.1.1.3 DR曲线
• 4.1.1.4 密度函数理论计算的孔径分布
• 4.1.1.5 孔结构参数分析
• 4.1.2 傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析
• 4.1.3 表面吸附能分布特征分析
• 4.1.4 碘吸附性能分析
• 4.2 氯化锌活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 4.2.1 表面织构分析
• 2吸附等温线分析'>4.2.1.1 N₂吸附等温线分析
• s曲线'>4.2.1.2 a_s曲线
• 4.2.1.3 DR曲线
• 4.2.1.4 密度函数理论计算的孔径分布
• 4.2.1.5 孔结构参数分析
• 4.2.2 表面吸附能分布特征分析
• 4.2.3 碘吸附性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 化学-物理活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 5.1 磷酸-二氧化碳活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 2吸附等温线分析'>5.1.1 N₂吸附等温线分析
• 5.1.2 密度函数理论计算的孔径分布
• 5.1.3 碘吸附性能分析
• 5.2 氯化锌-二氧化碳活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 2吸附等温线分析'>5.2.1 N₂吸附等温线分析
• 5.2.2 密度函数理论计算的孔径分布
• 5.2.3 碘吸附性能分析
• 5.3 氯化锌-水蒸气活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 2吸附等温线分析'>5.3.1 N₂吸附等温线分析
• 5.3.2 密度函数理论计算的孔径分布
• 5.3.3 碘吸附性能分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 活化方法对活性炭纤维表面织构及微观形貌的影响
• 6.1 不同活化方法制备的汉麻布活性炭纤维的表面织构分析
• 2吸附等温线分析'>6.1.1 N₂吸附等温线分析
• 6.1.2 密度函数理论计算的孔径分布
• 6.2 不同活化方法制备的汉麻布活性炭纤维的表面吸附能量分布特征
• 6.3 不同活化方法制备的汉麻布活性炭纤维的微观形貌分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 1.汉麻布活化制备活性炭纤维
• 2.化学活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 3.化学-物理活化汉麻布活性炭纤维的表征
• 4.活化方法对活性炭纤维表面织构及微观形貌的影响
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件