碳化温度对活性碳纤维蒸汽活化度及孔结构的影响

0 引言 活性碳纤维(ACF)的独特性能引起了基础研究和应用开发的关注。其具有细的纤维直径,较小的分散性,快速的吸脱附速率,高的表面积提供很大的吸附容量。通过改善其孔结构和表面化学特性可使ACF的优越性变得更为显而易见,ACF的孔结构是在活化过程中而发展,正常的是在水蒸汽中部分汽化而成,其受与水蒸汽反应活化度及所用碳化条件的影响。本文中考察了碳化温度对水蒸汽活化各向同性石油沥青纤维的影响以及其孔结构的发展。     

活化木材陶瓷的制备及其孔隙结构表征

以KOH为活化剂对以松木粉和液化木材为主要原料制备的木材陶瓷进行活化,用低温氮吸附法和扫描电镜(SEM)研究活化温度对其孔隙结构的影响。结果表明:木材陶瓷孔隙为典型的H3型结构,活化处理能够大量增加介孔与微孔,孔径多分布在1.7~2.6 nm,同时部分保留木材天然结构特征;随活化温度的增大,比表面积先增大后减小,孔径呈现先减小后增大的趋势,但活化温度对微孔的孔径影响较小;经过1 300℃活化处理60 min,活化木材陶瓷的比表面积可达1 044.0 m2·g-1。     

化学气相沉积法碳纤维表面连续涂覆B4C的研究

以H2,CH4,BCl3为原料气,用化学气相沉积（CVD）法在碳纤维表面连续涂覆B4C,通过对CVD法各种影响因素（沉积温度,反应物流量比,走丝速度）的讨论,得到了最佳涂覆条件,BCl3/CH4=3/5,H2过量,沉积温度1100℃,走丝速度1m/min,对涂层物质进行定性分析后通过对涂层Cf和未涂层Cf进行电镜观察,并做了差热分析和单丝强度测试,结果表明涂层效果较好,且抗热氧化性和单丝强度都有明显提高。     

化学接枝对碳纤维结构及性能的影响

为了提高碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能,利用化学接枝法对碳纤维表面进行改性,通过加入引发剂和分步反应等方法,改善了传统化学接枝法反应温度高、时间长的缺点。利用XPS、Raman、SEM、电子万能材料试验机研究了改性前后碳纤维的结构及其复合材料性能的变化。结果表明,碳纤维经过氧化、接枝反应,表面活性官能团的含量和粗糙度增加,复合材料的层间剪切强度增加。在相同条件下,接枝乙二胺、乙二醇的碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度分别提高了52.5%和47.9%,相比而言,乙二胺是较为理想的接枝单体。     

新型多元配合物Ni2(NO3)4(APTY)4的结构表征及其纳米化计算

以合成的新型配合物Ni2（NO3）4（APTY）4晶体结构表征结果为基础,运用晶体化学和纳米科技的基本原理,对Ni2（NO3）4（APTY）4的纳米化进行了研究。通过对该配合物不同纳米尺度微粒的晶胞数、原子数、表面原子数及其比例的计算,分析讨论了微粒纳米尺度变化与结构稳定性、化学活性的相关关系,预测了该微粒的最小及最佳纳米尺度。     

东丽T800H与T800S碳纤维的微观结构比较

东丽T800H和T800S是分别采用湿纺和干湿纺制备的两种力学性能相近的碳纤维,为弄清不同纺丝方法对T800级碳纤维微观结构的影响,采用扫描电镜、X射线衍射仪、小角X射线散射仪和高分辨透射电镜对这两种碳纤维进行测试,比较其表面形貌、断口形状和形貌、石墨微晶结构和微孔结构等.研究结果表明,湿纺制备的T800H比干喷湿纺制备的T800S的表面粗糙、断口圆度差、原纤尺寸较大、石墨微晶致密度差且发育不完善、内部微孔尺寸大、石墨微晶条带韧性差,这正是T800H的拉伸强度和断裂伸长率不如T800S的重要微观结构因素,但T800H的石墨微晶取向度不如T800S,孔隙率略高于T800S.     

Na_2SO_4·10H_2O/EG复合相变材料的制备与性能分析

以十水硫酸钠为相变材料,采用真空吸附法制备十水合硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料(Na_2SO_4·10H_2O/EG),对其融化-凝固、相分离、过冷、潜热等热物性进行测试分析。结果表明:在Na_2SO_4·10H_2O中添加2%(质量分数,下同)硼砂和8%EG后,可得到理想的Na_2SO_4·10H_2O/EG固-固复合相变材料。此时,Na_2SO_4·10H_2O相分离得到消除,过冷度由13.6℃降低到0.6℃以下,相变潜热和体储能密度分别为225.77kJ·kg~(-1)和218.09MJ·m~(-3)。此外,导热率也得到提高,相比于只添加成核剂硼砂的Na_2SO_4·10H_2O PCM,储热时间缩短52.6%,放热时间缩短55.1%,经过500次急剧升温-降温循环后也未出现性能衰减,储/放热性能较好。     

表面活性剂对NiCo2S4纳米薄膜的电化学性能影响的研究

通过水热法在泡沫镍上成功制备了纳米结构的NiCo₂S₄薄膜, 主要包括前驱体制备及硫化过程。研究表明, 制备过程中添加不同种类的表面活性剂会对NiCo₂S₄薄膜的形貌、结构和电化学性能产生影响。添加表面活性剂后, NiCo₂S₄会自组装逐渐形成三维纳米片网状结构。在所有的NiCo₂S₄薄膜中, 添加SDS表面活性剂的薄膜表现出最高的比电容(在0.5 A/g电流密度下达到2893 F/g)、出色的倍率特性(在10 A/g电流密度下达到1890.6 F/g)和良好的循环稳定性(1000次循环后保持率为96.1%)。研究结果表明纳米网状的NiCo₂S₄是一种极具潜力的超级电容器电极材料。     

晶粒互锁结构与短切碳纤维增韧ZrB2-SiC复合材料的制备与力学性能

ZrB₂-SiC基复合材料具有比单体ZrB₂更优异的抗氧化性能及力学性能, 但其相对较低的韧性限制了其实际工程应用, 采用微结构设计或引入增韧相是改善陶瓷材料韧性的两个有效途径。本研究采用反应热压烧结工艺, 分别制备了具有独特片状ZrB₂晶粒互锁结构的ZrB₂-SiC复合材料和以短切碳纤维(C_sf)为增韧相的C_sf/ZrB₂-SiC复合材料。对比研究发现, 晶粒互锁结构展现出优异的自强韧化效果, 使ZrB₂-SiC复合材料具有较高的弯曲强度及断裂韧性, 但材料表现出典型的脆性断裂特征; C_sf/ZrB₂-SiC复合材料弯曲强度下降, 但C_sf具有显著的增韧作用, 不仅使材料具有较高的断裂韧性, 而且临界裂纹尺寸及断裂功都得到显著提高, 从而表现出非灾难性破坏模式。     

温度和CO2对热解成型生物质炭孔隙结构和表面分形维数的影响

通过SEM分析和氮气等温吸附实验,对不同热解温度和CO_2浓度下热解成型炭样进行孔隙结构特性分析,同时根据FHH方程计算了炭样的孔隙表面分形维数D_S,研究了孔隙结构与表面分形维数的关系以及温度和CO_2浓度对两者关系的影响。结果表明:表面分形维数可以较好地表征孔隙结构的复杂性和炭样表面不规则性,但是与BET比表面积(S_(BET))、总孔积和平均孔径没有直接联系,而是与微孔面积和微孔容积含量占比较为一致。在氮气热解情况下,600℃时炭样孔隙结构最为发达,S_(BET)和D_S都达到最大值。在CO_2和N_2混合气氛下,S_(BET)随着CO_2浓度的增加而变大,而D_S则是先减小后变大,当CO_2浓度大于10%后才会随着CO_2浓度的增加而变大。     

KOH活化法高比表面积竹质活性炭的制备与表征

以竹屑为原料,研究了KOH活化法高比表面积活性炭的制备工艺.分别考察了浸渍比、活化温度、活化时间等工艺参数对产品吸附性能的影响,并提出了可能的活化机理.在所研究的实验条件下,最佳的制备工艺是浸渍比1.0,活化温度800℃,活化时间2h.所得到的活性炭产品的比表面积和孔容可达2996m2/g和1.64cm3/g.该产品附加值高,在吸附领域特别是在双电层电容器的电极材料领域有广阔的应用前景.     

化学接枝马来酸酐对碳纤维结构的影响

采用化学接枝马来酸酐对碳纤维进行表面处理。利用FT-IR、TG及Raman等手段,对表面处理各阶段碳纤维的结构进行表征。结果表明马来酸酐接枝后的红外光谱在1722cm-1处出现CO伸缩振动的特征峰;接枝马来酸酐的碳纤维的热失重率为2.729%,接枝法能使碳纤维表面接枝上更多的含氧官能团;拉曼光谱表明碳纤维表面的微晶尺寸减小,石墨微晶边界的活性提高,有利于提高碳纤维与树脂间的粘结性能。     

表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响

为探究表面改性对活性炭孔结构及热电转换性能的影响,使用HNO_3和KOH在不同条件下对活性炭进行表面改性,用N2吸附法和XRD图谱表征活性炭改性前后孔结构和石墨化程度的变化。结果表明,改性后活性炭的比表面积和孔容提高,平均孔径减小,并存在石墨晶体结构。干法改性活性炭的比表面积和总孔容由1 077.880m~2/g和0.763cm~3/g分别增加到1 635.268m~2/g和1.128cm~3/g,并且微孔的孔容增加。改性处理可以去除活性炭中的杂质。分别以改性前后活性炭为材料制备固体电极,KCl为电解液,测试活性炭电极的热电转换性能,发现改性后活性炭具有更高的热电转换性能。     

原料粒度对石油焦基活性炭性能的影响

以不同粒度范围的石油焦为原料,KOH为活化剂,采用化学活化工艺制备了超级电容器用活性炭电极材料.采用N2吸附法表征了活性炭材料的BET比表面积及孔结构;在1mol/L的Et4NBF4/AN有机电解液体系下组装成模拟电容器,并考察了活性炭材料的电化学性能.结果表明:随着原料粒度的减小,活性炭的振实密度和收率先增大,然后再减小.原料粒度范围越窄,活性炭具有越小的BET比表面积和孔容.在1mol/L的Et4NBF4/AN电解液体系下,随着石油焦粒度的不断减小,活性炭材料的质量比容量不断增大,在粒度<38μm时取得最大值140F/g.粒度为38～44μm的石油焦制备出的活性炭在1A/g电流下质量比容量为126.6F/g,在20A/g电流下质量比容量为116.2F/g,容量衰减只有8.2%,表现出良好的功率特性.     

氟化活性炭纤维的制备及其憎水性

将活性炭纤维（ACF）和氟气反应制备了氟化活性炭纤维（FACF）。XPS的研究结果表明FACF的碳原子是以sp^3杂化轨道同氟原子形成共价键。αs图分析氮吸附等温线的结果表明，ACF氟化后其比表面积和微孔容积显著降低、微孔宽度基本不变。FACF对水的吸附量极小，微孔表面具有完美的憎水性和高稳定性。     

Mn掺杂TiO_2负载竹质活性炭纤维的制备及可见光光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备Mn掺杂TiO2负载竹质活性炭纤维(Mn/Ti-BACF)光催化复合材料,利用扫面电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)等考察了Mn掺杂量对Mn/Ti-BACF复合材料结构和可见光光催化性能的影响。结果发现,Mn掺杂改善了TiO2在竹质活性炭纤维表面的负载;Mn离子的掺杂并没有改变样品基材的碳网结构,也未出现新的Mn—O的特征吸收峰。随着Mn掺杂浓度的增加,Mn/Ti-BACF样品中TiO2粒径逐渐减小,可见光下的吸光度先增加后减少。当n(Mn)∶n(Ti)=1∶200时,样品在可见光下对亚甲基蓝的降解率达到了97.7%。     

活性炭纤维表面氟化修饰及吸附性能的研究

研究了活性炭纤维在氟化前后的结构与性能的变化。结果表明,随着反应时间和温度的变化,活性炭纤维表面氟取代氢基数目增加．同时在分子水平上形成C—F共价键。氟化后活性炭纤维的孔结构和比表面积变小,氮低温吸附等温曲线明显降低。     

沥青基活性碳纤维的微观结构及其储氢性能研究

氢能是一种清洁的可再生能源，由于传统的储氢材料和储氢技术达不到氢燃料电池电动车的实用要求，储氢问题已成为氢能应用中最急需解决的关键问题。用KOH活化法制备了沥青基活性碳纤维，利用低温（77K）N2吸附法测定沥青基活性碳纤维的BET比表面积和孔结构，沥青基活性碳纤维的比表面积为1484m^2／g，微孔孔容为0．373m^3／g，采用日本SuzukiShokan公司的PCT测量系统，测试沥青基活性碳纤维的储氢性能，在液氮温度和4MPa压力条件下，沥青基活性碳纤维储氢量为4．75％（质量分数）。     

微波加热碳酸钾法制备烟杆基高比表面积活性炭

以烟杆炭化料为原料,采用微波加热碳酸钾活化法制备了高比表面积活性炭.研究了微波加热时间和碱炭比对活性炭的得率和吸附性能的影响,得到了优化工艺条件,所得活性炭产品的碘吸附值为1834mg/g,亚甲基兰吸附值为517.5mg/g,得率为16.65%.产品的吸附性能超过了双电层电容器专用活性炭(LY/T 1617-2004)标准的要求,同常规加热相比,活化时间缩短了78.26% .同时测定了该活性炭的氮吸附等温线,通过非定域化密度函数理论表征了活性炭的孔结构.该高比表面积活性炭的比表面积为2557m2/g,总孔体积为1.6470ml/g.     

ZnCl_2活化红枣核制备多微孔活性炭及表征

以红枣核为原料,采用ZnCl2活化法,研究了活化温度、活化时间以及浸渍比等工艺参数对活性炭结构性能与表面化学性能的影响。采用低温N2吸附-脱附以及元素分析对活性炭结构进行表征,采用Boehm滴定、pHZPG、FT-IR等手段对活性炭表面性能进行表征。研究结果表明,当浸渍比为0.8,活化温度为700℃,活化时间为60 min时,活性炭的微孔结构较发达,活性炭BET比表面积为1 031 m2/g,总孔体积为0.504 cm3/g,平均孔径为1.95 nm,零电荷点(p HZPG)为7.01,活性炭的收率为41.6%。