基本信息
- 项目名称：
- 高温处理聚丙烯腈微球制备多孔碳材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本科研小组制备出具有牡丹花形状的聚丙烯腈微球，在此基础上进行碳化，制备出多孔性高，比表面积较大的多空碳材料，可应用于药物载体，缓释剂以及催化剂载体等。
- 详细介绍：
- 在材料科学中常以聚丙烯腈为基体来合成多孔材料，经过三十多年的发展，对于聚丙烯腈纤维的研究也更是有了很大的的进步。聚丙烯腈具有很多优良特性，如价格便宜、耐一般溶剂、不易水解、抗氧化、化学稳定性好、耐细菌侵蚀性以及易于和多种单体共聚等；另一方面，聚丙烯腈分子中含有极性很强的氰基，高分子链间的作用力强、柔韧性小。 聚丙烯腈的其他应用还不太成熟，以煤或石油芳烃重油为原料制备球形炭存在工艺路线复杂、球形度难以控制、颗粒大小不均匀、成本高等不足，但聚丙烯腈具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷及溅射以及良好的可设计性、可复合性等一系列其他材料所不可替代的优良性能，被应用于航空航天等各个领域。而本科研产品多孔性高，比表面积较大，可应用于药物载体，缓释剂以及催化剂载体等。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本文提供一种新型制备多孔碳材料的方法，通过制备聚丙烯腈微球，再和交联剂苯乙烯和二乙烯基苯进行交联聚合，最后经过预氧化和碳化制备聚丙烯腈多孔碳材料。
科学性、先进性及独特之处
- 制备的聚丙烯腈具有牡丹花状的外形，经过交联聚合，碳化以后交联剂分解，形成多孔的结构，该结构多孔性强、比表面积高以及较高的极性。
应用价值和现实意义
- 该作品基于聚丙烯腈微球的独特形貌，制备出的多空碳材料具有其它多孔材料所不具有的性能，扩大了多孔材料的应用范围，并且由于其较高的比表面积可以作为某些催化剂的载体，也可以用来做特殊材料的吸附剂。
学术论文摘要
- 本文以聚丙烯腈（PAN）微球为前体制备多孔性碳材料。将PAN微球在常压下进行预氧化后，再在氮气保护中进行炭化实验。采用了扫描电子显微镜(SEM)、热失重分析仪(TG)、紫外可见近红外分析仪（Vis-UV-NIR）、X射线衍射仪（XRD）和氮吸附等方法对产物进行了表征。XRD图谱分析表明：220℃预氧化处理的聚丙烯腈微球晶型较明显，温度再升高晶型变的不明显，预氧化使微球形成耐高温稳定结构；SEM和氮吸附研究表明：经过同二乙烯基苯（DVB）和苯乙烯（St）交联后的聚丙烯腈炭化微球多孔性较好，而且有较高的比表面积。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 刘杰,阳武.热氧稳定化过程中聚丙烯纤维序态结构的变化[J].材料研究学报,2007,21(5):487-490. [2] 曾光登,刘建军,邹武.炭/炭复合材料组分微观结构及热处理研究进展[J].炭素技术,2009,28(2):24-28. [3] 李丽娅,黄启忠,张红波,等.聚丙烯腈预氧丝的炭化结构和性能[J].粉末冶金材料科学与工程,2000,5(4):301-305. [4] 张利珍,吕春祥,吕永根,等.聚丙烯腈纤维在预氧化过程中的结构和热性能转变[J].型炭材料,2005,20(2):144-149. [5] Lior Boguslavsky,Sigal Baruch,Shlomo Margel.Synthesis and characterization of polyacrylonitrile nanoparticles by dispersion/emulsion polymerization process[J].Journal of Colloid and Interface Science,2005,289:71-85. [6] Tamai H,Sumi T,Yasuda H.Preparation and Characteristics of Fine Hollow Carbon Particles[J].Journal of Colloid and Interface Science,1996,177:325–328. [7] 赵从涛.静电纺聚丙烯睛(PAN)纳米纤维及其炭化研究[D].上海:东华大学,2007. [8] 李立朝,宋怀河,陈晓红.聚二乙烯苯基炭微球的制备[J].北京化工大学学报,2007,34(3):279-286.
同类课题研究水平概述
- 聚丙烯腈（PAN）主要用于制造合成纤维，在材料科学中常以PAN为基体来合成多孔材料，经过三十多年的发展，我国炭纤维工业虽取得了长足的发展，对于PAN纤维的研究也更是有了很大的的进步。PAN具有很多优良特性，如价格便宜、耐一般溶剂、不易水解、抗氧化、化学稳定性好、耐细菌侵蚀性以及易于和多种单体共聚等。另一方面，PAN分子中含有极性很强的氰基，高分子链间的作用力强、柔韧性小。同时，未改性的PAN生物相容性较差，容易导致蛋白质等在膜表面的粘附和固定化酶的失活。因此众多研究者都希望通过表面接枝、复合等方法对PAN进行改性，以提高其吸附性能、拓展其应用范围。 PAN基炭纤维具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷及溅射以及良好的可设计性、可复合性等一系列其他材料所不可替代的优良性能，被应用于航空航天等各个领域。 PAN微球制备多孔碳材料的工艺主要包括成型、预氧化、炭化，整个过程实质上是PAN微球经过预氧化形成耐热、耐腐蚀的结构，然后经过低温炭化和高温炭化转化成具有乱层石墨结构的无机碳微球，每个工艺过程对碳微球的性能都有重要的影响。 但是对于PAN微球的研究还不是很成熟，就目前的研究来看，PAN的其他应用还不太成熟，以煤或石油芳烃重油为原料制备球形炭存在工艺路线复杂、球形度难以控制、颗粒大小不均匀、成本高等不足。 本实验立足于PAN微球制备多孔碳材料，使用丙烯腈（AN）为单体，采用沸腾条件下的聚合法合成PAN微球，合成的PAN微球具有特殊的形貌，此结构有利于提高水解反应的转化率，也有利于增加比表面积，更有利于制备多孔性材料。本实验主要对PAN微球进行了预氧化和炭化处理，化学反应复杂，主要发生环化、脱氢、氧化和裂解反应，对最终微球的结构等有极大的影响。炭化是PAN微球制备过程中的又一个重要阶段，化学反应简单，对多孔性材料的最终性能起着决定性作用。
