聚丙烯腈基活性中空炭纤维结构和性能的研究

论文题目: 聚丙烯腈基活性中空炭纤维结构和性能的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 孙俊芬

导师: 王庆瑞

关键词: 聚丙烯腈中空纤维,预处理,预氧化,炭化,活化

文献来源: 东华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文以聚丙烯腈（PAN）中空纤维为前驱体,进行预处理、预氧化、炭化、活化和表面涂覆过程的研究,研制出具有丰富微孔和中孔结构的PAN基活性中空炭纤维（PAN-ACHF）,其比表面积高,对小分子物质肌酐和中分子物质VB12具有很高的吸附率,使其不仅适用于气相和液相低分子量分子的吸附,而且可应用于催化、医药及液相吸附等涉及较大分子的领域。此外,通过FTIR、SEM、DSC、X射线衍射、元素分析、氮气自动吸附议、分光光度计等测试分析手段,对PAN基的预氧化纤维、炭纤维和活性炭纤维的结构和性能、反应机理以及PAN-ACHF的孔结构表征进行了深入研究。具体研究内容如下: 1.研究五种含磷化合物（NH4）2HPO4、（NH4）H2PO4、（NH4）3PO4、H3PO4、HPO3对后继PAN—ACHF的结构和性能的影响,选择出合适的含磷化合物对PAN中空纤维进行预处理。 研究结果表明,（NH4）2HPO4是所研究的五种含磷化合物中最为合适的PAN中空纤维的预处理剂。用（NH4）2HPO4预处理过的PAN-CHF的比表面积远远大于用其它含磷化合物处理过的样品,达到59m2·g-1。用（NH4）2HPO4预处理过的PAN—ACHF的比表面积达到了最大值766m2·g-1,其中中孔的比表面积也达到了最大值174m2·g-1;对中分子物质VB12的吸附率达到了最大值,为97.7%。 2.选用（NH4）2HPO4对PAN中空纤维进行预处理,研究其对后继PAN—ACHF的结构和性能的影响,合理选择最佳预处理条件。 研究结果表明,当（NH4）2HPO4溶液的浸渍浓度为4%,浸渍时间为30min时,所得到的PAN—ACHF具有最佳的结构和性能,此时的BET比表面积达到了最大值,为513m2·g-1;对VB12的吸附率达到了最大值,为86%;PAN—ACHF中的中孔数目是最多的。 3.系统研究预氧化过程中,预氧化条件对后继PAN—ACHF的结构和性能的影响,合理选择最佳预氧化条件。 研究结果表明,PAN中空纤维的最佳预氧化条件为230℃,5hr。此时的PAN—ACHF的BET比表面积达到最大值,666m2·g-1,同时,中孔的比表面积也

论文目录:

第一章 前言

1.1 炭纤维的研究进展

1.1.1 炭纤维的原料来源

1.1.2 炭纤维的制备

1.1.3 活性中空炭纤维的特点

1.2 炭纤维吸附气体的机理和性能表征

1.2.1 炭纤维吸附气体的机理

1.2.2 炭纤维吸附性能表征

1.3 聚丙烯腈基中空纤维炭纤维的研究进展

1.3.1 聚丙烯腈基活性炭纤维

1.3.2 聚丙烯腈基活性炭纤维的制备与结构

1.3.3 制备条件对聚丙烯腈基活性中空炭纤维结构和性能的影响

1.4 聚丙烯腈基活性中空炭纤维在吸附方面的研究

1.5 本文研究内容

参考文献

第二章 用不同含磷化合物进行预处理对PAN基活性中空炭纤维

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原材料

2.2.2 测试仪器和方法

2.2.3 PAN中空纤维的处理方法

2.2.4 PAN-CHF和PAN-ACHF的制备

2.2.5 PAN-CHF的炭化收率和炭化收缩率的计算

2.2.6 PAN-ACHF的活化收率和活化收缩率的计算

2.3 不同含磷化合物对PAN基预氧化中空纤维(PAN-OHF)结构和性能的影响

1.不同含磷化合物对PAN-OHF性能的影响

2.不同含磷化合物对PAN-OHF结构的影响

2.4 不同含磷化合物对PAN基中空炭纤维(PAN-CHF)结构和性能的影响

1.不同含磷化合物对PAN-CHF的活化收率、收缩率和比表面积的影响

2.不同含磷化合物对PAN-CHF结构的影响

2.5 不同含磷化合物对PAN基活性中空炭纤维(PAN-ACHF)结构和性能的影响

1.不同含磷化合物对PAN-ACHF的活化收率、收缩率、比表面积和吸附性能的影响

2.不同含磷化合物对PAN-ACHF形态结构的影响

3.不同含磷化合物对PAN-ACHF孔径分布的影响

2.6 结论

参考文献

第三章 (NH_4) _2HPO_4对PAN基活性中空炭纤维结构和性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原材料

3.2.2 测试仪器和方法

3.2.3 PAN中空纤维的处理方法

3.2.4 PAN-ACHF的制备

3.2.5 PAN-ACHF的活化收率和活化收缩率的计算

3.3 (NH_4) _2HPO_4浸渍浓度对PAN-ACHF结构和性能的影响

1.(NH_4) _2HPO_4浸渍浓度对PAN中空纤维浸渍率的影响

2.(NH_4) _2HPO_4浸渍浓度对PAN-ACHF活化收率、收缩率和比表面积的影响

3.(NH_4) _2HPO_4浸渍浓度对PAN-ACHF吸附性能的影响

4.(NH_4) _2HPO_4浸渍浓度对PAN-ACHF形态结构的影响

5.(NH_4) _2HPO_4浸渍浓度对PAN-ACHF孔径分布的影响

3.4 (NH_4) _2HPO_4浸渍时间对PAN-ACHF结构和性能的影响

1.(NH_4) _2HPO_4浸渍时间对PAN-ACHF活化收率、收缩率和比表面积的影响

2.(NH_4) _2HPO_4浸渍时间对PAN-ACHF吸附性能的影响

3.(NH_4) _2HPO_4浸渍时间对PAN-ACHF形态结构的影响

4.(NH_4) _2HPO_4浸渍时间对PAN-ACHF孔径分布的影响

3.5 结论

参考文献

第四章 预氧化条件对PAN基活性中空炭纤维结构和性能的影响

4.1 引言

1.环化反应

2.脱氢反应

3.氧化反应

4.分解反应及气态组分的放出

4.2 实验部分

4.2.1 原材料

4.2.2 测试仪器和方法

4.2.3 PAN中空纤维的处理方法

4.2.4 PAN-ACHF的制备

4.2.5 PAN-ACHF的活化收率和活化收缩率的计算

4.3 纤维的热性质

4.4 预氧化温度对PAN-ACHF结构和性能的影响

4.4.1 预氧化温度对PAN-ACHF性能的影响

4.4.2 预氧化温度对PAN-ACHF结构的影响

4.5 预氧化时间对PAN-ACHF结构和性能的影响

4.5.1 预氧化时间对PAN-ACHF性能的影响

4.5.2 预氧化时间对PAN-ACHF结构的影响

4.6 结论

参考文献

第五章 炭化条件对PAN基活性中空炭纤维结构和性能的影响

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 原材料

5.2.2 炭化和活化工艺

5.2.3 测试仪器和方法

5.2.4 PAN中空纤维的处理方法

5.2.5 PAN-CHF和PAN-ACHF的制备

5.2.6 PAN-CHF和PAN-ACHF的活化收缩率和活化收率的计算

5.3 炭化温度对PAN-CHF和PAN-ACHF结构和性能的影响

5.3.1 炭化温度对PAN-CHF结构和性能的影响

5.3.2 炭化温度对PAN-ACHF结构和性能的影响

5.4 炭化时间对PAN-CHF和PAN-ACHF结构和性能的影响

5.4.1 炭化时间对PAN-CHF结构和性能的影响

5.4.2 炭化时间对PAN-ACHF结构和性能的影响

5.5 结论

参考文献

第六章 活化条件对PAN基活性中空炭纤维结构和性能的影响

6.1 引言

6.2 实验部分

6.2.1 原材料

6.2.2 活化工艺

6.2.3 测试仪器和方法

6.2.4 PAN中空纤维的处理方法

6.2.5 PAN-ACHF的制备

6.2.6 PAN-ACHF的活化收缩率和活化收率的计算

6.3 PAN基实心ACF与PAN基ACHF的比较

6.4 活化温度对PAN-ACHF结构和性能的影响

1.活化温度对PAN-ACHF的活化收率、收缩率和比表面积的影响

2.活化温度对PAN-ACHF的吸附性能的影响

3.活化温度对PAN-ACHF的形态结构的影响

4.活化温度对PAN-ACHF的孔径分布的影响

6.5 活化时间对PAN-ACHF结构和性能的影响

1.活化时间对PAN-ACHF的活化收率、收缩率和比表面积的影响

2.活化时间对PAN-ACHF的吸附性能的影响

3.活化时间对PAN-ACHF的形态结构的影响

4.活化时间对PAN-ACHF的孔径分布的影响

6.6 结论

参考文献

第七章 PAN基活性中空炭纤维的孔结构表征研究

7.1 引言

7.2 实验部分

7.2.1 原材料

7.2.2 活化工艺

7.2.3 测试仪器和方法

7.2.4 PAN中空纤维的处理方法

7.2.5 PAN-ACHF的制备

7.3 PAN-ACHF的孔结构参数

1.氮吸附等温线

2.PAN-ACHF的整体孔径分布

3.Dubinin-Radushikevich方程对PAN-ACHF的适用性

4.总表面积及总孔体积的确定

5.中孔表面积和中孔孔径分布的确定

7.4 结论

参考文献

第八章 涂覆条件对PAN基活性中空炭纤维结构和性能的影响

8.1 引言

8.2 实验部分

8.2.1 原材料

8.2.2 活化工艺

8.2.3 测试仪器和方法

8.2.4 PAN中空纤维的处理方法

8.2.5 PAN-ACHF的制备

8.2.6 PAN-ACHF表面的涂覆

8.3 PVA溶液浓度对PAN-ACHF结构和性能的影响

1.PVA溶液浓度对PAN-ACHF比表面积的影响

2.PVA溶液浓度对PAN-ACHF吸附性能的影响

8.4 涂覆次数对PAN-ACHF结构和性能的影响

1.涂覆次数对PAN-ACHF比表面积的影响

2.涂覆次数对PAN-ACHF吸附性能的影响

3.涂覆次数对PAN-ACHF形态结构的影响

8.5 结论

参考文献

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致谢

发布时间: 2005-07-08

参考文献

• [1].聚丙烯腈基活性中空炭纤维的制备和性能的研究[D]. 朱群玉.东华大学2005
• [2].炭纤维微观结构对碳化物生长的影响及碳化物生长机制[D]. 朱辉.武汉科技大学2017
• [3].耐高温炭基吸波剂的调控、结构及性能研究[D]. 周伟.中南大学2014

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• [8].聚丙烯腈纤维预氧化过程中的热行为与结构演变[D]. 于美杰.山东大学2007

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