催化劑對廢舊棉織物碳化的影響及機(jī)理研究.pdf

1、廢舊紡織品的不合理使用造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，這是不容小覷的，再結(jié)合我們國家目前的現(xiàn)狀，我們的化學(xué)纖維、羊毛和棉等紡織用原料，50％以上都是從國外進(jìn)口的，資源短缺相當(dāng)嚴(yán)重。若能將這些紡織廢料加以回收再使用，使得利用率大于60％，那么我們每年就可以節(jié)省1880萬噸的原油，減少約1634萬畝的耕地面積，這既極大地減少了我國紡織原料對外的依賴度，又緩解了紡織業(yè)的資源不足，更減輕了因廢舊織物的不當(dāng)處理給環(huán)境帶來的污染問題。碳微球是一種化學(xué)

2、性質(zhì)比較穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性好、具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性的材料，被廣泛應(yīng)用于玻碳電極及鋰離子電極材料、電化學(xué)電容器電極材料、空心球狀材料的制作模板、吸附材料、燃料電池催化劑載體、儲氫材料和功能材料的添加劑等領(lǐng)域。然而，在這些廢舊紡織品中，棉織物及棉混紡織物就占了1/3的比重，其主要組成成分是纖維素，在一定條件下可水解成葡萄糖，進(jìn)而碳化成碳微球，因此，是制取碳微球的一種很好的原料。
　　本文以棉織物為原料，分別選用能破壞纖維素氫鍵的AlCl3

3、，能破壞纖維素苷鍵的HNO3和能破壞纖維素氫鍵和苷鍵的HCl為催化劑，水熱法碳化制備碳材料。通過單因素實(shí)驗(yàn)考察了反應(yīng)溫度、時間、催化劑濃度或pH值對碳化產(chǎn)物形貌、晶體結(jié)構(gòu)、產(chǎn)率以及表面基團(tuán)的影響，采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、紅外光譜儀(FT-IR)及X射線光電子能譜儀(XPS)對所得碳材料的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)及表面官能團(tuán)進(jìn)行測試與表征。通過以上研究分析，得出以下結(jié)論:
　　(1)用棉織物作原料，AlCl3

4、作催化劑，水熱法可制得碳材料;其最佳工藝條件為:溫度300℃，時間8h，AlCl3濃度0.05％。
　　(2)以棉織物為原料，分別以HNO3和HCl為催化劑，水熱法都可制得碳微球;其最佳工藝條件都為:溫度300℃，時間8h，pH為2。
　　(3) HNO.和HCl都是無機(jī)酸，以它們作催化劑都可制得碳微球材料，而AlCl.為路易斯酸，以它為催化劑只可得非球形碳材料。
　　(4)三者得到的產(chǎn)物表面都含有豐富的含氧官能團(tuán)(-

5、OH、-C=O和-COOH)，但產(chǎn)物的石墨化程度都不高。
　　(5)溫度和pH對碳化產(chǎn)物形貌具有很大的影響。溫度對打破晶體結(jié)構(gòu)起決定作用，跟有無添加催化劑無關(guān)，足夠的高溫可以破壞纖維素穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其水解碳化;碳微球的形成也與pH密切相關(guān)，足夠的H+可以完全破壞纖維素大分子的苷鍵，促進(jìn)纖維素的碳化，加入的H+個數(shù)為苷鍵數(shù)的1/11到1/1這個范圍，產(chǎn)物大都是碳微球，低于或高于此范圍，產(chǎn)物的形貌都不太好，甚至不會出現(xiàn)碳微球。<