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活性碳纤维由于具有丰富的微孔结构,对小分子物质具有良好的吸附性能,在环保领域得到广泛的应用。而中孔碳材料则在吸附质为染料、维生素、细菌等大尺寸物质时表现出优异的吸附性能。中孔碳材料不仅在大分子吸附方面有重要的应用,而且在双电层电容器、催化剂载体等领域也有非常广阔的应用前景。因此,中孔碳材料的设计和控制合成对碳材料的性能提升及开拓其新的应用领域都是非常重要的。
本论文主要开展了以下的研究工作:1.以聚丙烯腈为原料的多孔碳材料的制备、结构表征及性能测试以聚丙烯腈(PAN)为原料,通过溶解预混致孔剂的方法制备了一批碳前驱体,然后在一定条件下碳化活化,制备了一系列的多孔碳材料,采用了多种分析手段对所制备的多孔碳材料的结构进行表征。根据低温氮吸附等温线进行比表面积、孔体积与孔分布等孔结构分析,借助XRD分析了产品的石墨化程度,采用SEM观察产品的表面形貌,并以亚甲基蓝的静态吸附量来定性表征其吸附性能。
结果表明,以PAN为原料,通过添加不同的致孔剂,可以制备出从微孔到中孔的一系列的多孔碳材料。当添加的活化剂为ZnC12时,所得到的产品主要以微孔为主,而且通过控制活化条件,可以制备出高比表面积的微孔碳材料;当添加的活化剂为MgO时,所得到的产品主要以中孔为主,而且在适当提高活化剂用量的情况下(如MgO:PAN=3:2),在800-900℃下活化180min所得到的产品的比表面相对较大,而孔径也能控制在中孔范围内,中孔率达到85%以上。
2.以聚苯乙烯为原料的多孔碳材料的制备本部分实验可以分为两个平行的实验:一是通过合成的手段在原料中直接添加致孔剂;二是以阳离子交换树脂为原料,通过离子交换的手段负载致孔剂,然后在不同的条件下碳化活化得到多孔碳材料。
测试结果表明,以聚苯乙烯(PS)为原料,可以得到具有一定孔结构的多孔碳材料。实验室合成的PS活化后的产品为均匀的小球状物质,而以阳离子交换树脂为原料制备的多孔碳材料具有较高的比表面积。