论文部分内容阅读
本文采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/乙酸纤维素(CA)复合纤维和聚丙烯腈(PAN)/乙酸纤维素(CA)-硝酸银(AgNO3)复合纤维,经过预氧化、活化碳化处理得到了PAN/CA复合纳米活性碳纤维(PAN/CA-ACF)及PAN/CA-Ag复合纳米活性碳纤维(PAN/CA-Ag-ACF)。通过表征测试,系统分析了两种复合纤维及预氧化、活化碳化后的纳米活性碳纤维的表面形貌、分子结构及金属盐AgNO3的变化。利用自制的吸附装置将两种复合纳米活性碳纤维进行SO2气体的吸附测试,考察了不同条件下两种活性碳纤维的吸附效果,将两种活性碳纤维对SO2气体的吸附动力学进行准一级吸附方程、准二级吸附方程和班厄姆方程拟合。通过对纺丝母体溶液粘度、电导率及纤维的表面形貌分析,PAN/CA复合纤维的最佳纺丝条件为：PAN/CA质量比为8：2,纺丝母体溶液浓度为14wt%,纺丝电压为10KV,接收距离为24cm; AgNO3的加入使溶液电导率变大,纤维的平均直径变细;通过对纤维的热重-差热(TG-DSC)分析,确定了纤维的预氧化过程为：将PAN/CA复合纤维及PAN/CA基AgNO3复合纤维在空气气氛中,以1℃/min的升温速率升温至300℃,恒温90min。将两种预氧化纤维经1mol/L的H3P04溶液浸渍18h后,在氮气气氛中,以5℃/min的升温速率升温至800℃,恒温30min,碳化与活化过程同时进行。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及透射电镜(TEM)分析得出：预氧化后纤维表面出现坍塌,有明显的收缩,纤维之间发生交联,PAN和CA的线性大分子链发生断裂环化,逐步形成梯形结构,AgNO3并未参与反应;经过活化碳化后,两种纤维的-C≡N键和-C-O键都已基本消失,变成由-C=C键为主的碳骨架结构；AgNO3转变为Ag单质,纳米Ag晶格的大小为68.86(106pm3),在纤维的表面发生团聚,团聚后的颗粒大小为8～10nm。通过孔隙及比表面积(BET)分析得出：经过活化碳化后,PAN/CA-ACF的比表面积达到了1038.5m2/g, PAN/CA-Ag-ACF的比表而积为1176.5m2/g,比PAN/CA-ACF的高,两种纤维都表现出了以微孔为主的结构。通过对SO2的吸附实验得出：活性碳纤维对SO2的最佳的吸附时间为150min,且吸附效果随SO2浓度的增加而增大；由于AgNO3的热分解使PAN/CA-Ag-ACF的孔隙、比表而积及孔容都比PAN/CA-Ag-ACF高,故PAN/CA-Ag-ACF对SO2的吸附效果比PAN/CA-AC好;两种活性碳纤维吸附SO2的动力学过程更好地符合班厄姆动力学方程。