酸氧化处理对多壁碳纳米管表面基团的影响

120℃下用浓硝酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行不同时间的酸氧化处理,考察处理前后碳纳米管的形貌和元素变化,分析酸氧化处理MWCNTs表面功能基团的种类和含量.结果表明:浓硝酸处理,可在MWCNTs表面产生不同数量的羧基、羟基和羰基含氧基团;在最初2h内,羧基含量增加,羟基和羰基含量先增后减,含氧基团总量迅速增加;处理时间继续增加,羧基含量逐渐减少,羟基和羰基含量发生不规则变化,含氧基团总量趋于稳定;MWC-NTs表面首先形成羟基和羰基,这些基团继续被氧化生成羧基,并且它们被氧化生成羧基的能力不同,生成的羧基可进一步氧化最终以CO2释放出来;可通过控制浓硝酸处理的时间来控制MWCNTs表面含氧基团的种类和数量.     

HDPE臭氧化反应的研究

通过臭氧氧化实现了在高密度聚乙烯(HDPE)的分子链上快速引入羟基,酯基,酮羰基,羧基,和α,β不饱和羧基等含氧极性基团。研究了反应时间、臭氧浓度和反应温度对HDPE氧化程度的影响。经FT—IR分析表明,羧酸基团的相对含量远大于其它各类含氧极性基团,HDPE氧化程度随反应时间增加、臭氧浓度增大和反应温度上升而增大。反应温度上升至80℃时,HDPE的氧化程度急剧增大,在10min即可达到25℃时的10倍。     

聚丙烯腈纳米纤维的辐射氧化及热性能变化

采用静电纺丝法制备出平均直径300nm左右的聚丙烯腈(PAN)纤维,利用γ射线在室温及空气气氛中对PAN纳米纤维进行辐照处理,吸收剂量50~500kGy。采用红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、差示扫描量热仪及热失重分析仪研究了辐射氧化对PAN纳米纤维结构以及热性能的影响。结果表明,辐射氧化可直接在PAN纳米纤维分子链上引入含氧官能团,有利于预氧化过程中脱氢反应的发生。同时可在室温下引发PAN纳米纤维的部分环化反应生成-C=N-共轭结构,其含量随吸收剂量的增加而增加,可有效降低环化放热峰的强度并缓和放热行为。这些结果表明辐射氧化工艺在碳纳米纤维制造领域有很好的潜在应用价值。     

碳纤维原丝用二元丙烯腈聚合物的合成及性能

设计合成了双功能共聚单体3-羧基-3-丁烯酰胺(CBA),采用溶液聚合的方法制备丙烯腈二元共聚物作为碳纤维前驱体,详细研究了单体配比对聚合反应、聚合物结构和预氧化性的影响。结果表明,随着单体投料中CBA含量的增加,聚合物中CBA含量增加,而相对分子质量和转化率均逐渐降低;红外光谱和差示扫描量热分析表明CBA单体能够通过离子机理引发环化,使预氧化温度降低60℃以上,且随着CBA单体含量的增加,离子环化反应加强,放热速率降低,有利于避免集中放热,CBA可以明显改善聚丙烯腈(PAN)的预氧化性能,有利于制备高性能碳纤维。     

HNO3/H2O2氧化修饰碳球的表征与分析

为改善碳球在液相中的反应性能,采用HNO3/H2O2混合氧化剂氧化法对碳球表面进行改性,通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和红外光谱法等手段分析了氧化处理条件对碳球微观结构和引入的官能团种类的影响,并采用酸碱滴定方法对氧化引入的官能团的数量进行测定,同时考察了改性后的碳球在水中的分散性。结果表明,当HNO3和H2O2体积比为1∶1时,随氧化剂浓度的增加,含氧官能团的量增加,尤以羰基最为明显;相同氧化条件下,引入的羟基量明显高于羧基和羰基;当体积比由1∶1变为1∶3时,羟基含量增大,羧基和羰基含量下降,由此得出结论:氧化性强的HNO3有利于羧基和羰基的引入,而氧化性弱的H2O2有利于羟基的引入;采用体积比为1∶1的浓HNO3和H2O2处理在碳球表面引入了尽可能多的含氧官能团,为2.164 mmol/g,其在水中具有良好的分散性和分散稳定性。因此可以通过改变氧化条件实现碳球表面的可控改性,为碳球的进一步功能化修饰和应用提供依据。     

衣康酸α,β羧基对聚丙烯腈热稳定化反应的影响及机理

采用K2S2O8-Na HSO3引发剂和水相沉淀聚合法制备了丙烯腈均聚物(PAN)、丙烯腈-β-衣康酸单乙酯共聚物(P(AN-MIA))、丙烯腈-衣康酸共聚物(P(AN-IA))。采用红外光谱和差示扫描量热/热重同步分析研究了衣康酸α,β羧基对热稳定化反应的影响及机理。结果表明,引入MIA和IA共聚单体均能显著提高相对环化率,降低热稳定化反应起始温度,缓和放热和失重行为。但IA的作用效果更好,这归功于IA中的α,β羧基均能引发氰基发生离子环化反应,使PAN转变为更稳定的梯形结构。通过对空气气氛的差示扫描量热曲线进行分峰处理,研究了IA的α,β羧基对离子环化反应和氧化反应的影响及其机理。     

羰基、羧基和羟基表面官能团对碳纳米管电容量的影响

分别采用混酸、空气、硝酸和高锰酸钾对碳纳米管进行氧化处理,以在其表面引入官能团,进而研究了表面官能团对碳纳米管电化学性能的影响.X-射线光电子谱分析表明:混酸氧化处理引入的官能团主要为羰基和羧基;空气氧化使碳纳米管表面链接较多的羟基,但羰基和羧基的含量最少;而硝酸处理和高锰酸钾处理引入了中等数量的羰基和羧基.经四种处理方法所得碳纳米管具有相近的比表面积和孔结构.通过比较它们的比电容发现:羰基和羧基贡献了最多的准电容,尤其羰基含量与碳纳米管的电容量呈正比关系;而羟基主要增强了双层电容,并未引入明显的准法拉第容量.由于羰基和羧基比羟基具有更低的电荷传递电阻,有利于快速的法拉第反应,从而引入准电容.     

共聚单体改性PAN原丝热性能研究

采用溴化1-烯丙基3-乙基咪唑(VIM-Br)与丙烯腈(AN)自由基溶液共聚,以偶氮二异丁腈为引发剂在二甲基亚砜中合成了聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液,并用湿法纺丝纺制得了PAN原丝。运用差示扫描量热分析(DSC)、红外光谱(FT-IR),13 C固体核磁(13 C-NMR)研究了VIM-Br对PAN原丝预氧化热性能的影响。结果表明,在预氧化反应过程中,含有强极性Br原子的共聚单体VIM-Br能够催化环化反应,降低预氧化起始反应温度,缓和预氧化反应放热;和传统共聚单体衣康酸(IA)相比,VIM-Br的空间效应为氧气向PAN纤维内部扩散提供了分子级的通道,增加了进入纤维内部的氧气量,提高了预氧化反应程度。     

硅系油剂对PAN纤维预氧化的影响

改变聚丙烯腈(PAN)纤维纺丝工艺,制得无油纤维和含油纤维,在空气气氛下对两种纤维进行预氧化处理。借助体密度、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)等测试手段,通过表征PAN纤维的预氧化程度,揭示硅系油剂的作用。结果表明,硅系油剂在190℃～250℃温度区间,即本论文讨论的预氧化反应全程,不发生化学反应,依然均匀涂覆在PAN纤维的表面;在预氧化反应的前期(190℃～220℃),纤维表面的油剂阻碍热的传递和氧的扩散,使得含油纤维的体密度、环化度、相对环化率和芳构化指数均低于无油纤维;在预氧化后期(220℃～250℃),由于前期油剂对预氧化反应的抑制,使得前期形成的结构有利于氧的扩散,表象上硅系油剂在预氧化后期起着促进的作用。     

PAN纤维环构化结构形成对温度的依赖性研究

在氮气气氛、100～260℃条件下对PAN纤维进行热处理,通过红外吸收光谱(FTIR)和固体核磁(13C-NMR)研究PAN分子在热处理过程中化学结构的转化,推测其发生的化学反应.研究表明,PAN大分子中腈基(C≡N)反应活化能较低,C≡N可以在较低温度下优先发生环化反应,150℃时首先生成C=N官能团;温度高于170℃,CH2/CH上发生脱氢反应,生成C=C官能团,同时,此C=C结构与已生成的C=N转化为六元环上的-C=N-C=C-共轭结构;温度高于260℃,六元杂环中的共轭-C=C-C=N-结构不稳定,它在分子内发生了异构化反应,转化成更稳定的-C-C=C-N-结构.     

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理EI北大核心CSCD

通过比较聚丙烯腈(PAN)纤维在空气条件下的热重分析(TG)及不同含氧量气氛中的差示扫描量热分析(DSC)结果,发现氧对PAN纤维有增重及对预氧化环化有促进作用。氧化增重是气氛中的氧对PAN分子链氧化的结果,氧化对PAN分子链螺旋结构的解旋有利于PAN预氧化环化。借助于纤维电子强力仪、显微镜等技术,测定了样品PAN的初始模量、断裂强度及断裂模量。统计结果表明,氧通过参加PAN分子链上的反应,促使PAN分子链的螺旋结构解旋,形成了非螺旋结构,有利于分子内的环化反应,提高了预氧化环化的速度及质量。     

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理

通过比较聚丙烯腈(PAN)纤维在空气条件下的热重分析(TG)及不同含氧量气氛中的差示扫描量热分析(DSC)结果,发现氧对PAN纤维有增重及对预氧化环化有促进作用。氧化增重是气氛中的氧对PAN分子链氧化的结果,氧化对PAN分子链螺旋结构的解旋有利于PAN预氧化环化。借助于纤维电子强力仪、显微镜等技术,测定了样品PAN的初始模量、断裂强度及断裂模量。统计结果表明,氧通过参加PAN分子链上的反应,促使PAN分子链的螺旋结构解旋,形成了非螺旋结构,有利于分子内的环化反应,提高了预氧化环化的速度及质量。     

葡萄糖基炭微球的制备与结构表征

以葡萄糖为碳源制备炭微球,考察了原料浓度、反应时间和反应温度对所得炭微球形貌和产率的影响,并测定了其表面官能团的种类和数量。结果表明,葡萄糖浓度为0．5mol／L、反应温度为180℃、反应时间为7h的条件下制备了粒径300nm左右、分数性较好的炭微球。所得炭微球表面合有丰富的羟基、羰基、羧基等含氧官能团,采用联碱中和法定量测定了上述官能团的含量。     

氧官能团对活性炭超级电容器电容性能的影响（英文）

活性炭作为一种电极材料广泛应用于商业超级电容器中。炭材料表面的氧官能团是影响超级电容器电容性能的重要因素之一。通过(NH_4)_2S_2O_8温和的氧化过程在活性炭上引入氧官能团,并在不同温度下热处理样品来进一步除去氧官能团,同时又保留了活性炭原始的孔结构。结果表明,在水系电解液中,含氧官能团,特别是羧基和羰基,不仅加强了电解液在电极中的扩散,而且通过引入赝电容来提高电容。在300℃惰性气氛热处理后可以增加电极材料的电容和倍率性能。然而,不适量的氧官能团会堵塞活性炭的孔,导致其电化学性能差。在有机电解液中,含氧官能团会降低电极材料的电容,但在700℃惰性气氛热处理后可以有效提升材料的电容。研究结果揭示了氧官能团与电化学性能之间的关系,对于设计实际应用中的高性能超级电容器至关重要。     

PAN纤维热稳定化过程中环化反应对氧化反应的影响

在惰性气氛中制备了不同环化程度的聚丙烯腈(PAN)热稳定化纤维,并将其在含氧气氛中进一步氧化处理,通过差示扫描量热仪(DSC)、傅立叶变换红外(FT-IR)和元素分析(EA)等方法研究了PAN纤维热稳定化过程中环化反应对氧化反应的影响。结果表明,与环化反应相比,氧化反应可在更低的温度下进行;对于环化程度越高的PAN热稳定化纤维,在含氧气氛中经相同条件热处理后氧含量越高,即氧化反应程度越高,故环化反应对氧化反应具有促进作用。     

聚丙烯腈纤维在预氧化过程中的结构和热性能转变

将聚丙烯腈(PAN)原丝置于空气中在180℃～265℃温度范吲内逐步预氧化，同时控制适当的牵伸比。利用广角X射线衍射(XRD)、定量傅里叶红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TG)手段考察了连续预氧化过程中纤维微晶结构、化学反应和热性能的变化。结果表明：(1)PAN纤维在宅气中外力场作用下进行氧化稳定化，200℃之前环化反应缓慢进行；在200℃～230℃温度范围内，环化度呈线性迅速提高．反应加剧；230℃之后，环化反应减慢；(2)预氧化反应按序态进行，首先发生在无序的非晶区，逐步向有序区演变；一旦有序区发生反应，则反应剧烈；(3)在210℃之前，微晶尺寸增大，符合应力场结晶理论；210℃之后，晶粒尺寸迅速减小。     

PAN环化反应动力学研究

本文以DTA、TG、TPDR及本体含氧官能团测定、孔隙结构分析为实验手段,对六种粉末状、纤维状样品进行了研究。结果表明:样品组成不同导致了本体羧基数目不同,而羧基数目增加引起了比表面积下降。不同的样品其环化反应热效应各不相同,纯聚体环化时放热较为剧烈,引入羧基后放热现象减缓。随样品本体羧基数目增加或比表面积下降,环化反应活化能下降,反应易于进行。当PAN在空气气氛中进行环化反应时,各步骤发生的顺序为:氧化→氰基环化→热解脱氢,且三者互有交叠,样品特性只对前两者具有影响。      

热膨胀制备含氧官能团化的石墨烯及其电化学电容性能

在空气气氛、150℃的条件下直接热处理氧化石墨获得含氧官能团化的石墨烯。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对其结构和形貌进行表征。利用循环伏安(CV)、恒流充放电技术对其电化学性能进行测试。结果表明,所制备的含氧官能团化的石墨烯表现出优良的电容性能,其单电极比电容值高达275F/g,且具有良好的倍率特性和循环性能。     

硼酸改性对预氧化过程中PAN纤维结构变化的影响

预氧化前对聚丙烯腈(PAN)纤维进行硼酸溶液浸渍改性,通过红外吸收光谱和固体核磁研究硼酸改性对PAN纤维预氧化结构变化的影响。结果表明:硼酸对PAN纤维预氧化环化反应有一定的抑制作用,随着硼酸溶液浓度增加,硼酸对PAN纤维环化反应的抑制程度增加。硼酸对环化反应的抑制可防止纤维外层致密层的形成,有利于均质化程度的提高,并可防止PAN纤维表面被过度氧化。     

聚丙烯腈/丙烯酰胺共聚物热性能研究

选用丙烯酰胺(AM)为共聚单体制备丙烯腈/丙烯酰胺共聚物。研究了共聚物的热性能。结果表明,AM的引入可使PAN预氧化的起始反应温度提前,在DSC曲线上形成双峰,使放热峰宽化,失重降低,降低放热反应速率,有利于促进PAN原丝在预氧化、碳化过程中形成均匀的环化梯形结构,最终可提高碳纤维的力学性能。