靜電紡PAN基ACF制備工藝對其吸附性能的影響.pdf

1、超細(xì)活性碳纖維(Ultra-fine activated carbon fiber，以下縮寫為“UFACF”)因其所具有的微納米結(jié)構(gòu)及特殊性能被公認(rèn)為是最有前景的新型材料之一，可用于催化劑或催化劑載體、選擇性吸附劑、儲能設(shè)備等領(lǐng)域。它作為具有微孔結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)材料，是將有機纖維經(jīng)物理活化或化學(xué)活化制備而成的。對于聚丙烯腈(PAN)基超細(xì)活性碳纖維，通常采用靜電紡PAN纖維作為原料，然后經(jīng)預(yù)氧化、炭化、活化后制備UFACF。本課題通過選擇合適

2、的靜電紡絲工藝制備PAN超細(xì)纖維氈，將其預(yù)氧化、化學(xué)活化后得超細(xì)活性碳纖維，分析預(yù)氧化工藝、化學(xué)活化工藝對UFACF吸附性能的影響。
　　 利用靜電紡絲制備PAN超細(xì)前驅(qū)體纖維，討論了聚丙烯腈/二甲基甲酰胺(PAN/DMF)紡絲液濃度、紡絲電壓和接收距離等工藝參數(shù)對纖維形貌和直徑分布的影響。試驗表明：以上工藝均對纖維直徑及其分布有直接的影響，且適當(dāng)調(diào)整工藝可以減少纖維表面串珠的產(chǎn)生。在本試驗中，靜電紡工藝參數(shù)為濃度12％、電壓2

3、5 kV、距離180 mm下紡制的纖維氈成纖效果較好，纖維直徑較均勻，且纖維表面的串珠較少。
　　 在此基礎(chǔ)上對所得的纖維進(jìn)行預(yù)氧化和活化處理，研究了不同預(yù)氧化溫度、升溫速度、恒溫時間對預(yù)氧化纖維結(jié)構(gòu)性能和活性碳纖維吸附性能的影響。試驗表明：提高預(yù)氧化溫度、升溫速度和恒溫時間可以使更多的PAN線性大分子轉(zhuǎn)化為耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，然而這種結(jié)構(gòu)阻止了活化過程中活性官能團和微孔的形成，從而影響活性碳纖維的苯吸附率。在本試驗所選的預(yù)氧化工藝

4、參數(shù)范圍內(nèi)，吸附性能最佳的工藝條件為：預(yù)氧化溫度230℃、升溫速度0.75℃/min、恒溫時間30 min。
　　 利用靜電紡PAN預(yù)氧化纖維氈為原料，分別以KOH、ZnCl2、H3PO4、KH2PO4作為化學(xué)活化試劑，在同一浸漬比及活化條件下制備出超細(xì)活性碳纖維氈，并利用氮氣吸附等溫線表征其吸附性能。試驗表明：KOH活化制備的UFACF表面有豐富的以中孔為主的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積達(dá)2256.59㎡/g，說明KOH活化作用最強；K

5、H2PO4和ZnCl2活化制備的UFACF的微孔結(jié)構(gòu)較為豐富，但前者在纖維表面殘留的反應(yīng)產(chǎn)物會堵塞部分微孔。在本試驗條件下，H3PO4的氧化作用較弱，在活化過程中活化反應(yīng)緩和，所得的孔隙結(jié)構(gòu)欠發(fā)達(dá)。
　　 最后，利用KOH作為化學(xué)活化試劑，通過正交試驗設(shè)計，分析浸漬比、活化溫度和活化時間對得率、氮氣吸附性能和亞甲基藍(lán)的吸附性能影響。結(jié)果表明：在試驗所選取的各工藝參數(shù)范圍內(nèi)，對以上指標(biāo)的影響程度依次為：浸漬比、活化溫度、活化時間。