靜電紡PAN基ACF制備工藝對其吸附性能的影響.pdf

1、超細活性碳纖維(Ultra-fine activated carbon fiber，以下縮寫為“UFACF”)因其所具有的微納米結構及特殊性能被公認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、儲能設備等領域。它作為具有微孔結構的炭質材料，是將有機纖維經物理活化或化學活化制備而成的。對于聚丙烯腈(PAN)基超細活性碳纖維，通常采用靜電紡PAN纖維作為原料，然后經預氧化、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超細纖維氈，將其預氧化、化學活化后得超細活性碳纖維，分析預氧化工藝、化學活化工藝對UFACF吸附性能的影響。
　　 利用靜電紡絲制備PAN超細前驅體纖維，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，且適當調整工藝可以減少纖維表面串珠的產生。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。
　　 在此基礎上對所得的纖維進行預氧化和活化處理，研究了不同預氧化溫度、升溫速度、恒溫時間對預氧化纖維結構性能和活性碳纖維吸附性能的影響。試驗表明：提高預氧化溫度、升溫速度和恒溫時間可以使更多的PAN線性大分子轉化為耐熱的梯形結構，然而這種結構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。在本試驗所選的預氧化工藝

4、參數(shù)范圍內，吸附性能最佳的工藝條件為：預氧化溫度230℃、升溫速度0.75℃/min、恒溫時間30 min。
　　 利用靜電紡PAN預氧化纖維氈為原料，分別以KOH、ZnCl2、H3PO4、KH2PO4作為化學活化試劑，在同一浸漬比及活化條件下制備出超細活性碳纖維氈，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構，比表面積達2256.59㎡/g，說明KOH活化作用最強；K

5、H2PO4和ZnCl2活化制備的UFACF的微孔結構較為豐富，但前者在纖維表面殘留的反應產物會堵塞部分微孔。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緩和，所得的孔隙結構欠發(fā)達。
　　 最后，利用KOH作為化學活化試劑，通過正交試驗設計，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的吸附性能影響。結果表明：在試驗所選取的各工藝參數(shù)范圍內，對以上指標的影響程度依次為：浸漬比、活化溫度、活化時間。