纖維素碳化制備碳材料的工藝研究.pdf

1、碳微球(CMBs)、碳納米管(CNTs)等常見的碳材料，因其在力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能而被各界科研人員廣泛研究，使其在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域都體現(xiàn)出巨大的價(jià)值。其中CVD法工藝簡單、反應(yīng)產(chǎn)物單一、環(huán)境友好、反應(yīng)可連續(xù)進(jìn)行，因而是備受青睞的一種合成方法。目前，制備碳材料的原料大多為烴類、脫油瀝青、煤瀝青等不可再生資源，我國面臨環(huán)境及資源的巨大考驗(yàn)，尋找清潔可再生資源成為發(fā)展的必然趨勢，而纖維素含有豐富的碳元素，其來源廣泛，儲(chǔ)

2、量豐富，是制備碳材料的理想原料。
　　本文選用不同的纖維素材料為碳源，通過不同工藝制備了不同形貌的碳材料。第一種碳源使用的是最簡單纖維素材料——微晶纖維素，采用CVD法制備出碳材料，通過單因素法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探討了催化劑百分比、氣流、高溫反應(yīng)時(shí)間對(duì)制備材料的微觀形貌、晶態(tài)結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)的影響，確定了制各碳納米管的最優(yōu)工藝條件，為采用纖維素作原料制備碳材料的構(gòu)想提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。另外一種碳源使用的是天然纖維-棉纖維及被大量使用的再生纖維素纖

3、維，采用浸漬及預(yù)氧化處理的工藝制備得到了碳材料，產(chǎn)物的微觀形態(tài)呈纖維狀，產(chǎn)率較高。
　　研究工作得出的主要結(jié)果如下:
　　(1)以微晶纖維素為原料，二茂鐵作催化劑前驅(qū)體，采用CVD法通過控制氣流大小、催化劑含量、反應(yīng)時(shí)間制得了不同形貌的碳材料，找到了制備碳納米管的最佳工藝條件:催化劑含量為30％，高溫反應(yīng)溫度為900℃，氣體流速為0.15L/min。高溫反應(yīng)2min時(shí)制得彎曲CNTs，高溫反應(yīng)30min時(shí)，制得較直CNTs。

4、
　　(2)以棉纖維為原料進(jìn)行碳化反應(yīng)，經(jīng)過KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)-氯化銨浸漬液浸漬的棉纖維，高溫碳化后的產(chǎn)物仍保持纖維狀，棉纖維的卷曲形態(tài)得到改善，其高溫碳化的產(chǎn)物產(chǎn)率得到顯著提高，將氧化時(shí)間為60min，得率可達(dá)到28.3％。
　　(3)再生纖維素纖維經(jīng)過浸漬處理后，與未經(jīng)過浸漬處理的再生纖維素纖維相比，其高溫碳化產(chǎn)物的得率有顯著提高，由10.9％提高到27.5％-33.7％。
　　(4)觀察未預(yù)處理