论文部分内容阅读
活性炭纳米纤维(ACNF)是新型活性炭材料,拥有超出粉末、颗粒活性炭的高比表面积和高微孔占比,适合各种应用,例如吸附剂、催化剂或催化剂载体、储能设备(如锂离子二次电池、双层电容器等)。为了改善ACNF的性能,对其实现功能改性成为当下研究的热点。本课题采用聚丙烯腈(PAN)作为前驱体的原材料,采用静电纺丝工艺以及磷酸活化、预氧化、炭化处理,制备了氧化石墨烯负载活性炭纳米纤维(GO/ACNF)、银掺杂活性炭纳米纤维(Ag/ACNF)、碳纳米管掺杂活性炭纳米纤维(CNT/ACNF)等,表征了改性ACNF的微观形貌、结构特征、吸附性能等。采用静电纺丝制备PAN纳米纤维网,通过浸渍法负载GO,经磷酸活化、预氧化和炭化制备GO改性ACNF(GO/ACNF),研究了不同GO浸渍时间对GO/ACNF的性能影响。结果表明:制备的GO/ACNF为超细纤维网络结构,纤维尺寸在300～700nm范围内。GO负载后与ACNF发生化学反应,负载前后均出现了石墨(002)和(100)晶面,且石墨化度随GO浸渍时间的增加而增加。GO改性提高了ACNF对有机染料亚甲基蓝(MB)的吸附能力,当浸渍时长为24h时,ACNF/GO-24h的吸附性能最佳,MB去除率最高可达91.37%。采用静电纺丝纺制含银离子的纳米纤维膜,经磷酸活化、预氧化和炭化制备Ag改性ACNF(Ag/ACNF),研究了不同质量分数银离子的对Ag/ACNF的性能影响。结果表明:ACNF的纤维平均直径为426.90nm,Ag掺杂后直径减小,最低为298.50nm(3%Ag/ACNF)。Ag/ACNF中Ag的粒径为21.75nm,以纳米Ag颗粒附着在纤维上。Ag/ACNF均含有石墨成分,且石墨化度高于纯ACNF。Ag改性对ACNF的吸附性能有一定程度的提高,3%Ag/ACNF的MB去除率最高为83.95%,Ag/ACNF对MB的吸附行为与拟二级反应模型更符合,属单分子层吸附。采用静电纺丝制备掺杂CNT(10-20nm)的纳米纤维膜,经磷酸活化、预氧化和炭化制备CNT改性ACNF(CNT/ACNF),讨论了不同CNT量对CNT/ACNF的性能影响。得出结论:CNT掺杂后纤维表面变得更粗糙,同时纤维平均直径从纯ACNF的619.50nm减小至331.60nm(2%CNT/ACNF),这归因于CNT的导电性。CNT/ACNF含有石墨成分,CNT的加入使得石墨化度降低。CNT掺杂可使比表面积和微孔率增大,2%CNT/ACNF的比表面积为707.8m~2/g,比纯ACNF增长了76.20%。4%CNT/ACNF表现出最高的感应电流、充电/放电时间和充电/放电时间比电容。4%CNT/ACNF充电/放电比电容分别为131 F/g和132 F/g。采用GO浸渍CNT/PAN纳米纤维膜实现GO与CNT的共掺杂,经磷酸活化、预氧化和炭化制备GO与CNT共掺杂改性的ACNF(GO/CNT/ACNF)。结果得出:改性ACNF呈现为超细纤维网络结构,GO以薄膜形态包覆在粗糙的纤维表面。GO/CNT/ACNF主要成分为石墨,浸渍GO其石墨化转变程度提高,2h GO-CNT/ACNF的石墨化度最高。对甲醛的气相吸附表明,GO负载有助于提高GO/CNT/ACNF的甲醛吸附性能,随GO浸渍时间的延长,甲醛吸附量先增加后减小,2h GO-CNT/ACNF的吸附量最高,为83.33mg/g。