静电纺丝多孔碳纳米纤维制备与应用研究进展

为更好地通过静电纺丝技术制备多孔碳纳米纤维,综述了近年来国内外静电纺丝技术实现工业化的可行性,静电纺丝制备多孔碳纳米纤维的方法、多孔结构类型以及多孔碳纳米纤维的应用等方面的最新进展。主要介绍了聚合物与聚合物共混以及聚合物与无机粒子共混静电纺丝多孔碳纳米纤维的2种方法的制备原理及所制得多孔碳纳米纤维的特点,并根据孔结构形状将多孔碳纳米纤维分为中空结构、介孔结构、多级孔结构和碳壳-蜂巢芯结构等类型。最后介绍了静电纺丝多孔碳纳米纤维在电化学、储氢、催化和吸附等领域的应用情况,并对未来多孔碳纳米纤维的发展前景进行了展望。     

炭化温度对静电纺碳纳米纤维结构及导电性能的影响

用静电纺的方法制得聚丙烯腈（PAN）纳米纤维,在250℃对PAN纳米纤维毡进行预氧化,然后在不同温度下进行炭化得到碳纳米纤维。利用X光衍射和拉曼光谱分析碳纳米纤维的内部结构,用四探针法测碳纳米纤维毡的导电率。研究表明：随着炭化温度的提高,微晶尺寸（Lc）和石墨摩尔分数（La）逐渐增大,碳纳米纤维毡的导电性也逐渐增大。石墨摩尔分数（La）与电导率呈很好的线性关系。     

植物纳米纤维薄膜研究进展

植物纳米纤维具有良好的力学及光学性能、精细的纳米结构、优异的生物相容性,可用于制备层状多孔的纳米纤维薄膜。文章概述了植物纳米纤维的制备、成膜的主要方法及其原理,详细介绍了植物纳米纤维薄膜优异的力学、光学及阻隔等性能及其在包装材料、防伪印刷、生物医药、储能材料和柔性显示器件等领域的应用研究进展,并对其未来应用前景进行了展望。     

纳米纤维的制备及其研究进展

介绍了纳米纤维的制备方法,综述了国内外纳米纤维开发现状及研究成果,展望了21世纪纳米纤维的发展前景。     

纳米金与粘胶纤维的吸附机制

为实现负载纳米金抗菌纤维载金含量的可控制备,以粘胶纤维为研究对象,利用纳米金溶液通过浸渍吸附法制备载金粘胶纤维,借助紫外分光光度仪、红外光谱仪和ＺＥＴＡ 电位测定仪等研究了纳米金颗粒与粘胶纤维间的内在作用形式和作用机制。结果表明：纳米金在粘胶纤维表面分布较为均匀,载金粘胶纤维的颜色随载金含量的提高逐渐加深;负载纳米金后粘胶纤维表面无新的官能团出现,化学结构未发生根本性变化;吸附过程中纳米金表面携带的负电荷与粘胶纤维表面的正电荷形成静电吸引,且表面的羟基和羧基与粘胶纤维表面的羟基形成氢键缔合;二者吸附作用机制在于静电吸引和氢键缔合,该吸附作用符合准二级动力学模型,等温线符合Langmuir 模型,是自发进行的物理性吸附过程。     

基于GCEMC的柴油车尾气纳米级碳烟颗粒吸附机理

柴油车排放的纳米级碳烟颗粒对环境造成的污染极为严重。针对这一问题,研制新型炭化微米木纤维过滤材料,利用炭化微米木纤维滤芯对柴油车尾气中的碳烟颗粒进行吸附;根据巨正则系综蒙特卡罗法对其吸附机理进行深入研究,计算纳米级碳烟颗粒吸附数密度;通过实验加以验证。结果表明,炭化微米木纤维虑芯对纳米级碳烟颗粒吸附效率高,模拟计算方法可行,可为滤芯各项参数的优化设计提供科学的理论支持。     

改性菠萝叶纤维结构及其吸附甲醛性能

为获得具有高吸附性能的纺织材料,以脱胶菠萝叶纤维为吸附载体,氯化血红素为改性剂,经酯化反应制备了改性菠萝叶纤维。借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、比表面积及孔径分析仪对改性菠萝叶纤维结构进行表征,并研究其吸附甲醛性能。结果表明:改性菠萝叶纤维表面接枝了氯化血红素,属于Ⅰ型纤维素,其相对结晶度由69.3%下降到66.2%;改性菠萝叶纤维的氮气吸附等温线属于Ⅲ型吸附,有少量孔径为2.0~276.1 nm的中孔与大孔,其比表面积、氮气吸附量、滞后环均变小;改性菠萝叶纤维对甲醛的吸附性好于菠萝叶纤维,其吸附甲醛性能随着甲醛初始浓度的增加而降低,随着纤维用量、反应温度和反应时间的增加而提高。     

碳纳米纤维负极材料制备及其电化学性能

为了获得性能优异的碳纳米纤维负极材料并对材料的碳化工艺进行探讨,利用静电纺丝技术和高温碳化制备一维碳纳米纤维负极材料。对获得的碳纳米纤维的形貌、化学成分结构及电化学性能进行测试分析,得到优化的预氧化和碳化条件。结果表明:在预氧化条件为250℃、120 min,碳化条件为800℃、120 min条件下制得的碳纳米纤维具有较好的形貌特征及化学性能,平均直径为190 nm,此时碳结构更加有序,碳含量达到73.7%。通过组装锂离子电池测试电池充放电性能,得到在100 mA/g的电流密度下,放电比容量达到568.4 mAh/g,经过100圈循环后容量保持率达77.3%。     

多孔与连通结构碳纳米纤维电极的设计及其电化学性能

为开发设计具有高电化学性能的碳纳米纤维电极,采用静电纺丝技术、戊二醛交联和高温炭化制备聚丙烯腈/高直链淀粉(PAN/HAS)基碳纳米纤维,并对其形貌、元素组成、石墨化晶体结构和比表面积进行了研究。结果表明：经过戊二醛交联后的碳纳米纤维呈现连通结构,并具有优异的石墨晶体和多级孔结构、较大的比表面积(647 m²/g)和较高的总孔体积(0.60 cm³/g);将其制备成电极,在三电极体系下,当电流密度为1 A/g时比电容为255 F/g,当电流密度为20 A/g时比电容保持率高达71%;经过10 000次充放电循环后,电极比电容的保持率高达99.8%,显示出优异的循环耐久性。     

高邻位酚醛基纳米活性碳纤维制备及其吸附性能

为提高酚醛基纳米活性碳纤维的吸附性能,首先采用乙酸锌、硫酸双催化合成高邻位酚醛树脂,然后配制酚醛/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)混合溶液,采用静电纺丝、固化、炭化和活化工艺制备得到柔性高邻位酚醛基纳米活性碳纤维,借助傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪、比表面积及孔径分析仪对其结构和性能进行测试与分析。结果表明:静电纺丝制备的酚醛初生纤维在溶液固化后,酚环对位取代增加,纤维内发生了分子间交联,但PVB有一定的醇解,使酚醛纤维在炭化过程中低温稳定性下降,而高温残碳率升高,炭化后制备得到多孔碳纤维;活化后得到的高邻位酚醛基纳米活性碳纤维比表面积为1 409 m²/g,其对亚甲基蓝及碘的吸附量分别达到837和2 641 mg/g。     

深冷处理对锡锑/碳纳米纤维的形貌再造及其机制

为改善锡锑/碳纳米纤维性能,利用深冷处理作为热补偿方式对锡锑/碳纳米纤维进行形貌再造。通过调节深冷与炭化处理的顺序,比较处理顺序的不同对该材料的形貌变化影响,并结合对该材料的晶型结构和含碳量的分析探究其形貌再造机制。结果表明：首先对静电纺锡锑/碳纳米纤维前驱体进行炭化得到锡锑/碳纳米纤维再进行深冷处理,其形貌具有皮芯结构;而如先对静电纺锡锑/碳纳米纤维前驱体进行深冷处理再进行炭化得到的锡锑/碳纳米纤维,其锡锑合金在纳米纤维中的分布则表现出更不均匀性;深冷处理后得到的纳米纤维中的碳含量均有增加;结合其晶型结构分析认为,深冷处理对锡锑/碳纳米纤维的形貌再造归因于该处理技术的晶粒细化作用。     

聚丙烯腈基活性中空碳纳米纤维制备及其性能

为制备具有较高孔隙率的聚丙烯腈(PAN)活性中空碳纳米纤维(AHCNF),以自行制备的PAN为原料,经同轴静电纺丝、预氧化、炭化、活化后制备得到AHCNF,借助X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、比表面积测试仪研究了致孔剂对其形态与孔结构的影响。结果表明:制备的PAN共聚物环化温度较低,环化放热较缓和,有利于预氧化的进行;炭化过程将PAN表面的碳氧单键转化为碳氧双键,而活化过程将碳氧双键进一步转化为酯基;添加致孔剂和未添加致孔剂得到的PAN活性中空碳纳米纤维横截面呈明显的中空结构,纤维壁较为致密;添加致孔剂后,活性中空碳纳米纤维的总比表面积从55.719 m²/g增加到532.639 m²/g,孔容从0.070 cm³/g增加到0.312 cm³/g,介孔平均孔径从3.408 nm增加到4.309 nm,收率从27.14%降低到9.44%。     

单向导湿纺织品及其应用的研究进展

为进一步推动单向导湿技术在纺织领域的应用并拓宽单向导湿纺织品的应用领域,对近几年单向导湿纺织品的研究和发展现状及应用进行综述。从表面能梯度角度首先介绍了单向导湿纺织品的设计原理、常用制备方法、发展过程以及最新研究进展;然后分析了不同制备方法的优缺点;并对其应用领域进行分类与性能探讨,包括服用、雾水收集与油水分离以及传感器、空气过滤等领域;阐述了单向导湿性能在各个应用领域所起到的作用,讨论了目前单向导湿纺织品的发展潜力和面临的问题;最后针对当前单向导湿纺织品在制备方面的局限性,提出了可能的解决方案,展望其未来发展方向,以期为单向导湿纺织品的广泛应用提供理论和技术参考。     

静电纺丝制备聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)纳米纤维的研究进展

聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)是一种微生物合成的聚酯,具有良好的生物相容性和可生物降解性。静电纺技术促进了高比表面积、多尺度、多维度纳米纤维的发展,实现了对PHBV纤维的形貌、孔径及孔隙率、力学强度的调控。结合国内外PHBV静电纺丝的研究进展,主要综述了近几年PHBV静电纺纤维成形设备设计、形貌控制、力学性能调控等方面的工作,并介绍了其在组织工程、药物缓释等生物医疗领域、环境保护领域等应用进展。最后,对PHBV静电纺纤维的发展做出了展望。     

纺织产品碳足迹研究进展

碳足迹作为核算和评价产品的生产活动造成的温室气体负荷量的一种重要方法,受到广泛的研究和示范。回顾了碳足迹的概念,综述了当前纺织产品碳足迹的研究进展,对纺织产品碳足迹核算和评价中的核算边界、各类投入的碳排放系数、公共投入的拆分原则、核算结果比较评价的质量基准等关键问题进行了思考和探讨。结合中国纺织工业在纺织产品工业化规模生产方面的特点和优势,提出了重点开展纺织产品在工业生产阶段的碳足迹研究和示范的建议,为进一步开展纺织产品碳足迹研究提供参考。     

亚麻基活性炭纤维的制备及其对甲基橙吸附性能的研究

采用微波辐射和磷酸-磷酸氢二铵复合活化法,由废旧亚麻织物制备出亚麻基活性炭纤维,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)及X射线衍射(XRD)的分析手段进行了表征。将制备的活性炭纤维用于甲基橙染料模拟废水的吸附,探讨了时间、pH值、甲基橙染液初始质量浓度、亚麻基活性炭纤维的投加量等影响因素,并研究了吸附过程的热力学及动力学。结果表明:制备的产物表面具有丰富的含氧官能团和较小的微晶结构,最大吸附量可达154.525 mg/g;吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型。研究表明:该吸附过程属于单分子层的化学吸附,内部扩散模型表明颗粒内扩散过程是该吸附速率的控制步骤。     

活性炭纤维形态对吸附性能的影响

比表面积和孔结构是影响活性炭纤维吸附性能的重要因素。选用相同的活化工艺,制备相似孔结构和比表面积的活性炭毡和活性炭布,讨论在比表面积相近的情况下,活性炭纤维的形态和厚度对吸附性能的影响。结果表明:在一定条件下,活性炭毡的吸附性能略优于活性炭布,活性炭纤维的吸附能力并不随着活性炭织物厚度的增加而线性增强。     

磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维柔性正极的制备及其性能

为更好满足柔性锂离子电池对电极材料柔性化的需求,通过静电纺丝以及热处理的方法制备了兼具柔韧性和自支撑性能的磷酸铁锂/炭黑/碳纳米纤维(LiFePO₄/CB/CNFs)柔性正极材料,并对其结构和性能进行表征与分析。结果表明:合成的LiFePO₄活性物质为橄榄石结构,自支撑LiFePO₄/CB/CNFs柔性正极为具有较高孔隙的三维网络结构,CB和LiFePO₄活性物质均可较均匀地嵌在CNFs基体中,CB在LiFePO₄活性物质生成过程中对其纯度和晶体结构的形成未产生影响;当CB质量分数为0.10%和0.15%时,柔性正极均具有较好的电化学可逆性,首圈放电比容量分别为141.1和139.1 mA·h/g,首圈库伦效率分别为87.3%和87.6%,且循环100圈后仍保持性能稳定,第2圈后的库伦效率维持在99%左右。