乙基纖維素衍生物儲氫材料的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展，如石油、煤、天然氣等這些耗竭性重要能源逐漸匱乏，人類面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺的雙重壓力，面對日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，尋找新的可替代綠色能源已經(jīng)迫在眉睫。氫能作為一種儲量豐富、來源廣泛、能量密度高的綠色能源及能源載體，引起了人們的廣泛關(guān)注。制氫，儲氫及用氫技術(shù)不斷發(fā)展，但是，氫能至今未能得到大規(guī)模的應(yīng)用，主要的制約因素就是儲氫技術(shù)還不能滿足實際應(yīng)用要求。為了攻克儲氫難題，眾多種類的儲氫材料相繼被制備出來，但這些材料

2、都存在一定的缺點。因此，本研究試圖從天然高分子入手，利用天然高分子廉價易得及其結(jié)構(gòu)上的一些特點，通過化學(xué)改性制備多孔材料，并對其儲氫性能作初步探討。
　　本研究以乙基纖維素(EC)為原材料，通過無催化劑方法與苯酐(PA)發(fā)生酯化反應(yīng)，將雙羧基苯環(huán)結(jié)構(gòu)引入EC分子鏈中。通過單因素實驗討論了各影響因素對苯酐酯化乙基纖維素(ECPA)表觀取代度的影響，結(jié)果表明制備ECPA的最佳條件為:反應(yīng)溫度110℃，反應(yīng)時間8h，mEC∶ mPA=1

3、∶1，EC濃度1g/ml，在此條件下ECPA的表觀取代度為0.24。對不同表觀取代度ECPA的表征結(jié)果顯示:紅外圖譜中出現(xiàn)明顯的羰基相關(guān)吸收峰和苯環(huán)振動峰，核磁共振氫譜也同樣出現(xiàn)雙羧基苯環(huán)的相關(guān)質(zhì)子峰，表明雙羧基苯環(huán)結(jié)構(gòu)成功引入到EC分子鏈中;ECPA分子量相對于EC有所下降;ECPA出現(xiàn)新的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，而原本存在于EC中的聚集結(jié)構(gòu)則有微弱的減弱趨勢; ECPA的熱穩(wěn)定性有所下降，主要歸結(jié)于酯鍵的熱分解;酯化改性破壞了EC的致密結(jié)構(gòu)，并

4、且隨著取代度的增加，破壞越嚴(yán)重，ECPA表面呈現(xiàn)疏松粗糙的狀態(tài)，高取代度ECPA表面可見層狀堆積結(jié)構(gòu)。這種疏松粗糙的結(jié)構(gòu)顯然提高了材料的比表面積從而有利于氣體/液體吸附的。
　　為了將Zn元素引入ECPA中并同時提高ECPA的比表面積，本研究利用ECPA分子鏈上的羧基可以和Zn2+發(fā)生配位，將不同摩爾量的Zn2+與ECPA通過絡(luò)合反應(yīng)制備出ECPA-Zn。對ECPA-Zn的表征結(jié)果顯示: ECPA與Zn2+發(fā)生了配位反應(yīng)，ECPA

5、分子中部分鍵能 被改變，苯環(huán)在絡(luò)合過程中保存良好;ECPA-Zn結(jié)晶度高于ECPA，并且隨著Zn2+量的增加，其結(jié)晶度和結(jié)晶結(jié)構(gòu)等發(fā)生（晶粒大小，結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度等）明顯改變，主要體現(xiàn)在結(jié)晶度和結(jié)晶XRD衍射圖譜兩方面;當(dāng)Zn2+量很少時，ECPA-Zn在低于300℃之前熱穩(wěn)定性較ECPA好，但隨著Zn2+量的增加，ECPA-Zn的熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢;當(dāng)Zn2+量很少時，ECPA-Zn顆粒呈現(xiàn)片狀堆積狀態(tài)，隨著Zn2+量的增加，EC

6、PA-Zn的顆粒逐向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并且隨著Zn2+量的增加，孔隙度也增多; ECPA-Zn的比表面積比ECPA有所提高，當(dāng)ECPA-Zn變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，比表面積提高比較明顯，最大為0.3590 m2/g。為了擴(kuò)展乙基纖維素在靜電紡絲領(lǐng)域的應(yīng)用，本研究利用MMA和MA對ECPA進(jìn)行接枝改性，結(jié)果顯示:接枝率和轉(zhuǎn)化率隨著MMA比例的增加而增大; MMA/MA接枝改性使ECPA的熱穩(wěn)定性有所下降，ECPA-MMA/MA的熱穩(wěn)定性與MMA和MA