氧化铋负载聚丙烯腈复合球体对溶液中碘的吸附性能研究

采用水热法和相转移法合成了易于实现固液分离的氧化铋负载聚丙烯腈复合球体,将其用于溶液中碘离子的吸附性能研究,详细探讨了氧化铋和聚丙烯腈的物质的量比、体系酸度、碘离子初始浓度等因素对碘离子吸附性能的影响。结果表明,当氧化铋和聚丙烯腈的物质的量比为2∶1时,合成的吸附剂吸附效果最佳,溶液pH为7.0时,吸附剂对碘离子的吸附在210 min可达吸附平衡,最大实验吸附容量为122.3 mg/g。Langmuir和准二级动力学模型可以较好地拟合该吸附过程,Langmuir拟合计算得到的理论吸附容量为135.7 mg/g,动力学拟合表明该吸附以化学过程为主,颗粒内扩散会对吸附速率产生较大影响。采用氯化钾溶液可以洗脱被吸附的碘离子,吸附洗脱实验结果表明氧化铋负载聚丙烯腈复合球体的重复使用性良好。

长链聚丙烯腈对硫化聚丙烯腈正极载硫量和电导率的影响

本研究比较了工业级不同分子量的聚丙烯腈原料对硫化聚丙烯腈(SPAN)正极硫含量和电导率的影响。与常规高纯度聚丙烯腈(Mw=150k)制备的SPAN相比,研究发现工业级超高分子量聚丙烯腈(Mw=1000k)制备的SPAN-1000k正极材料载硫量提升5%,但是电导率比常规高纯度聚丙烯腈制备的SPAN提升了近5倍。SPAN-1000k在第二个循环中提供712 mA·h·gcomposite^(-1)放电比容量,高电导率导致其在1C(1.6 A·g^(-1))的高倍率下可以提供611 mA·h·g _(composite)^(-1)的放电容量。超高分子量硫化聚丙烯腈正极可以提高反应动力学、倍率和循环性能,使锂硫电池具有高性能和更高的实用价值。

聚丙烯腈/Hummers氧化莲房碳复合材料对铀的吸附性能

天然水体中铀分离回收对非常规铀资源开发具有重要意义。本工作合成了一种新型聚丙烯腈/Hummers氧化莲房碳复合材料,考察其在弱碱性条件下于U(Ⅵ)-CO_(3)体系中对U(Ⅵ)吸附行为。静态吸附实验表明,室温下、pH=8.0、ρ(U(Ⅵ))=50 mg/L、c_(T)(CO_(3))=2 mmol/L时,复合材料在840 min达到最大吸附容量约51.92 mg/g。pH值、钙离子浓度、镁离子浓度、氟离子浓度和碳酸盐浓度增加会抑制U(Ⅵ)吸附。热力学分析表明,吸附过程主要为自发吸热的化学吸附。表征分析结果证实了复合材料对U(Ⅵ)吸附的结构稳定性,其表面—OH和—COOH(C=O)为主要U(Ⅵ)吸附位点。钙/镁离子存在下,U(Ⅵ)在复合材料上的吸附亲和力顺序为:Mg-U(Ⅵ)-CO_(3)体系>Ca-U(Ⅵ)-CO_(3)体系。本工作研究结果有助于对天然含铀水体中铀的分离和提取提供新材料和新方法。

聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化与力学性能研究

利用聚丙烯腈(PAN)纤维调控水泥基充填材料,对水泥基充填材料的凝结硬化时间、抗压强度、黏结强度、抗弯强度和抗拉强度进行了分析,研究了不同纤维掺量(0.5%、1%、1.5%)和不同长径比(100、200、300)的聚丙烯腈纤维对水泥基充填材料力学性能的影响。结果表明:当PAN纤维掺量为1.5%时,较CM组(不掺PAN纤维)的初凝和终凝时间分别降低了11.1%和5.7%;PAN纤维水泥基充填材料的抗压强度随着PAN纤维含量增加而降低。与CM组相比,当PAN纤维体积含量为0.5%、1.0%和1.5%时,抗压强度分别下降了13.0%、3.7%和7.4%;纤维掺量为1%、长径比为200的水泥基充填材料的抗弯强度较CM组增加了78.6%,增幅最大。水泥基充填材料的黏结强度和抗弯强度先增加,然后随着PAN体积掺量和长径比增加而降低;随着PAN纤维掺入,水泥基充填材料的抗拉强度有所提高,与CM组相比,PAN纤维水泥基充填材料的抗拉强度提高了36.4%~418.2%。

聚丙烯腈对聚乙烯醇膜形貌和性能的改进

通过流延成膜的方法制备了聚乙烯醇/聚丙烯腈共混薄膜。通过扫描电镜分析了共混膜的形貌。通过差式扫描量热仪、热重分析、拉伸测试、表面接触角测试研究了共混膜的热力学性能、机械性能和化学性能。测试结果显示聚丙烯腈对聚乙烯醇膜的形貌和性能产生了显著的影响。

用称重法研究聚丙烯腈树脂的凝固过程

将聚丙烯腈二甲亚砜纺丝液在试管中于二甲亚砜水溶液中成型并凝固,通过计量凝固样品重量随时间的变化来考察在不同凝固浴条件下的凝固速率,并观察了凝固样品的横断面形貌。结果表明:凝固样品重量的变化可以直观地反应不同凝固浴条件下聚丙烯腈 二甲亚砜(DMSO) 水体系凝固速率的变化。随凝固浴浓度的提高,凝固速度减小,样品横截面趋于均匀化、致密化;凝固温度从30℃升高到50℃,凝固速度加快,截面由非圆形变为圆形,但在80℃下凝固速度反而下降;凝固浴中第三组份的添加降低了扩散速度,但会引起孔洞的产生。

钢-聚丙烯腈纤维掺量对自密实混凝土流动性与力学性能的影响

为分析混杂纤维对自密实混凝土(SCC)工作性能和力学性能的影响,对不同养护龄期(7和28 d)、不同钢纤维(SF)掺量(0%、0.4%、0.8%和1.2%,体积分数)和聚丙烯腈纤维(PAN)掺量(0%、0.04%、0.08%和0.12%,体积分数)的SCC进行坍落扩展度、J环坍落扩展度、V型漏斗通过时间、立方体抗压强度试验,并通过扫描电子显微镜(SEM)对SCC的微观形貌进行分析。结果表明:随着纤维掺量增加,SCC的流动性和间隙通过性降低,抗离析性提升;单掺SF对SCC 7 d抗压强度的提高作用较单掺PAN显著;复掺纤维较单掺纤维对早期SCC抗压强度的提高作用更明显,且复掺纤维还能有效提升SCC的韧性与延性。

包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。

辐照聚丙烯腈纤维微观结构演变的同步辐射散射研究

预氧化是碳纤维制备过程中的关键步骤之一,在此过程中所产生的缺陷大部分将遗传至碳纤维中,所以聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维的结构优化对提升碳纤维力学性能尤为重要。辐照是一种优化PAN预氧化纤维结构、有效改善PAN基碳纤维力学性能的改性方法。为探究高剂量电子束辐照PAN纤维在预氧化过程中微观结构的演变,本研究采用了同步辐射原位小角散射(SAXS)、广角散射(WAXS)对高剂量辐照及未辐照PAN纤维热处理过程进行表征,并结合差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)和傅里变换叶红外光谱(FTIR)对PAN预氧化纤维进行表征分析。结果表明:高剂量(500 kGy)辐照促进了PAN纤维在热处理过程中的交联、环化反应,有效缓解了环化反应所引起的剧烈放热,降低了初始环化温度。同时,高剂量辐照对PAN纤维分子结构的破坏作用更加显著,高剂量辐照PAN纤维在热处理后的微孔横向尺寸(D)与取向角(B_(eq))分别降低至7.61 nm和8.58°,晶体层间距d_(002)减小至0.352 nm。综合来说,高剂量辐照使得PAN纤维微观结构在热处理后得到了改善,这有利于改善相应碳纤维的结构和性能。

聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其对金属离子的吸附性能

以羧基化聚丙烯腈(CPAN)为原料,通过复合改性和接枝改性的方式,制备β-环糊精(β-CD)/CPAN-g-聚乙烯亚胺(PEI)复合纳米纤维膜,为体系引入亲水的β-CD和吸附性能优异的PEI。通过红外光谱仪、X射线衍射仪、万能材料试验机、场发射扫描电镜等仪器对复合纳米纤维膜进行结构及性能表征,使用等离子体发射光谱仪、X射线光电子能谱仪探究复合纳米纤维膜对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附性能及吸附机理。结果表明:改性得到的β-CD/CPAN-g-PEI复合纳米纤维膜具有优异的吸附性能,同时保留了纤维膜原有的力学性能,其对Cd^(2+)和Pb^(2+)的最大吸附量分别为176.67 mg/g和240.83 mg/g,吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,且循环使用5次后仍保持80%以上的吸附性能。

微纳层叠带状聚丙烯腈初生纤维的制备及性能研究

以聚丙烯腈(PAN)和二甲基亚砜(DMSO)为原料,采用新型微纳层叠挤出技术制备了微纳层叠带状聚丙烯腈(PAN)基初生纤维,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机对初生纤维的性能进行了研究。分析了纤维凝固成形过程中空气层高度、凝固浴温度、凝固浴浓度对微纳层叠带状PAN初生纤维性能的影响。结果表明:层叠带状PAN初生纤维相比于传统圆形截面纤维,在纺丝过程中能保持良好的带状截面不变形;并且在空气层高度为30mm,凝固浴温度为45℃,凝固浴浓度为40%工艺条件下制备的层叠带状PAN初生纤维综合性能较好,获得了结晶度为31.3%,晶粒尺寸为4.53nm,拉伸强度为14.60MPa的层叠带状PAN初生纤维。

聚丙烯腈/二硫化钼复合薄膜的挠曲电效应分析及其应用

复合薄膜中挠曲电材料的质量分数对薄膜的挠曲电效应影响显著,为探究聚丙烯腈(PAN)/MoS_(2)复合薄膜中MoS_(2)质量分数对其挠曲电压及挠曲电系数的影响规律,采用静电纺丝方法制备PAN/MoS_(2)复合薄膜,借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合薄膜的结构、形貌、元素组成等进行表征,基于悬臂梁方法测试不同MoS_(2)质量分数对PAN/MoS_(2)复合薄膜挠曲电效应的影响,通过间歇式挠曲电效应测试检测复合薄膜的稳定性。结果表明:挠曲电压和挠曲电系数随着MoS_(2)质量分数的增大而提高,且在MoS_(2)质量分数为50%时挠曲电压和挠曲电系数达到最优,分别为0.8 V和1.96 nC/m;该薄膜的挠曲电效应稳定性优异,串联多个PAN/MoS_(2)复合薄膜可获得较高的挠曲电压,且电压衰减极弱,可广泛适用于微小型可穿戴电子设备。

聚丙烯腈纳米纤维基压电声学传感器的制备及性能

为提高柔性声学传感器的声电转换能力,采用静电纺丝技术制备不同纺丝液浓度和不同厚度的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,构筑“三明治”结构柔性声学传感器。研究了纺丝液浓度和纤维膜厚度对膜谐振特性和声学传感器输出电压的影响,以及薄膜谐振特性与传感器输出电压响应之间的关联性。结果表明,纺丝液浓度直接影响分子链构象、纤维直径及其均匀度;其中构象会影响薄膜的压电性能和声学传感器的声电转换过程、纤维直径和均匀度会影响膜的谐振特性,从而影响器件的输出电压。当纺丝液浓度为12%、PAN纳米纤维膜厚度为60μm时,构筑的声学传感器的输出电压最高可达2.7 V。

纺织级聚丙烯腈纤维组成对预氧丝制备的影响

采用专用级和纺织级聚丙烯腈(PAN)原丝制得预氧丝,分析了不同来源PAN原丝的黏均相对分子质量及组成成分,探究了纺织级PAN原丝在预氧化过程中的放热及热解过程,并与专用级PAN原丝进行了对比。结果表明:相较于专用级PAN原丝,纺织级PAN原丝黏均相对分子质量较小,为(5~8)×10^(4),断裂强度略低,第二单体以醋酸乙烯酯(VAc)为主;以VAc为第二单体的纺织级PAN原丝的环化反应过程更加温和,且随着第二单体加入比例增大,所得预氧丝的环化程度下降;第二单体VAc摩尔分数为2.4%的纺织级PAN原丝制得的预氧丝的环化指数达到0.64,断裂强度为(2.67±0.22)cN/dtex,该PAN原丝无需进行交联等预处理即可制得低成本预氧丝。

聚丙烯腈预氧纤维/硅橡胶烧蚀防热材料的制备及其性能

聚丙烯腈预氧纤维(PANOF)作为一种低成本、高性能阻燃纤维,在航空航天用热防护材料中极具应用前景。选用丙酮和硅烷偶联剂KH570依次对市售PANOF进行除油纯化和表面改性,得到了预处理PANOF(t-PANOF)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X光电子能谱(XPS)对预处理前后的PANOF进行了表征,比较了纤维形态结构及其与硅橡胶(SR)界面性能的变化。研究了t-PANOF对SR力学性能和热性能的影响,并考察了在助成瓷剂(CFA)作用下,CFA/t-PANOF/SR三元复合材料的烧蚀响应行为。结果表明:经过预处理,纤维与橡胶的界面黏合水平得到了显著改善,t-PANOF/SR复合材料的拉伸断裂强度也随之提高。但是随t-PANOF含量的增加,复合材料的综合力学性能呈现出先上升后下降的趋势,纤维最佳用量为5~10份。t-PANOF增强骨架的构筑有助于改善SR在高温富氧环境下的维形能力以及CFA/t-PANOF/SR复合材料的烧蚀表现。在2 MW/m~2高温氧化气流下,CFA/t-PANOF/SR复合材料表面生成了以纤维骨架为主体结构的抗氧化陶瓷层,对应线烧蚀率和质量烧蚀率仅为0.02 mm/s和0.02 g/s,有望成为新一代空天飞行器的烧蚀防热材料。

聚乙烯亚胺/聚丙烯腈复合纤维薄膜的制备及其功能化应用

针对金属-空气电池阴极易腐蚀的问题,将聚乙烯亚胺(PEI)和聚丙烯腈(PAN)共混,基于静电纺丝方法制备PEI/PAN复合纤维薄膜,抑制CO_(2)对空气阴极的侵蚀。借助计算机模拟方法计算PEI/PAN复合纤维薄膜的最佳成分配比,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪、同步热分析仪等对PEI/PAN复合纤维薄膜的物理特性、CO_(2)吸附性能进行表征和分析。以铝-空气电池为例,通过电池测试系统分析了PEI/PAN复合纤维薄膜对电池电化学性能的影响情况。结果表明:基于静电纺丝技术可成功将PEI嵌入PAN纤维中,所制备的PEI/PAN复合纤维薄膜纤维直径均一且表面光滑;当PEI/PAN复合纤维薄膜中的PEI质量分数为50%时,在100 kPa条件下其CO_(2)吸附量可达1.86 mmol/g;在金属-空气电池阴极添加PEI/PAN复合纤维薄膜,相较于传统铝-空气电池,其比容量提升19.5%,放电时间延长20.4%。

聚丙烯腈纤维径向致密结构的光密度法研究

凝固过程聚丙烯腈(PAN)初生纤维在径向上各点的双扩散程度不同,可能会造成PAN纤维在径向上致密结构的差异。首先采用光密度法测定PAN初生纤维径向的致密结构及其差异性的可行性和影响因素,在此基础上采用光密度法研究了凝固浴温度对PAN初生纤维致密性结构差异的影响。结果表明:对于PAN初生纤维,采用纤维切片厚度为4μm、调整入射光强使背景灰度为140时进行PAN初生纤维光密度的测定;保持凝固浴浓度恒定不变,凝固浴温度从25℃升高到65℃会导致PAN初生纤维的灰度降低、光密度值增大、纤维径向皮部与芯部的光密度差值增大,这表明随着凝固浴温度的升高,纤维的致密性降低、径向致密结构差异增大。光密度法可以用来定量表征PAN纤维的径向结构及其差异。

热处理对聚丙烯腈纳米纤维膜性能的影响

为改善聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜力学性能和热稳定性,获得低成本耐高温的纤维过滤材料,对PAN纳米纤维膜在180℃、200℃、220℃、240℃温度下进行热处理,分析不同处理温度对其形态结构、透气性、热重性能和过滤性能的影响。结果表明:随着处理温度升高,PAN纳米纤维膜的颜色逐渐加深,纤维直径逐渐减小;热处理使PAN发生脱氢、氰基环化和热裂解等反应,导致纤维膜厚度和透气性降低,拒水性随着处理温度的升高不断增强;热处理使得PAN纳米纤维膜中形成了耐热性能优异的梯形分子结构,提升了纤维膜热稳定性;随着处理温度的升高,PAN纳米纤维膜的断裂强度呈现先增加后减小的趋势。综合热处理温度对纤维膜各性能的影响,热处理温度选择200℃为宜。此时,所获得的PAN-200纳米纤维膜过滤效率为93.46%,过滤阻力为75.1 Pa,质量损失率为5%时所对应的温度为310℃,相比未处理的PAN纳米纤维膜热分解温度升高,PAN-200纳米纤维膜的纵向和横向断裂强力分别达到17.16 MPa和10.82 MPa,机械性能较好。

醋酸纤维素/聚丙烯腈纳米纤维薄膜的制备与性能表征

纳米纤维薄膜因其特殊的构成和易于调控的表面结构而成为疏水改性的研究热点。静电纺丝技术制备纳米纤维具有成本低廉、工艺简单的特点而被广泛应用。通过静电纺丝技术将适当比例的醋酸纤维素(CA)和聚丙烯腈(PAN)进行物理混纺,获得了一种结构和性能都优异的复合纳米纤维薄膜。结果表明:CA/PAN纳米纤维薄膜的最大水接触角为122°,最大吸油系数为8.93g/g,且具有超高的水粘附性。

阻燃聚丙烯腈复合纤维的制备及阻燃性能研究

采用二氯化磷酸苯酯(PDCP)和聚乙烯亚胺(PEI)合成了一种富含多氨基结构的P/N协效阻燃剂PEPP。通过溶液共混法将非水溶性PEPP与聚丙烯腈(PAN)纺丝液共混,以含FeCl_(3)溶液为凝固浴,经湿法纺丝技术得到阻燃PAN复合纤维(Fe/PEPP/PAN)。随后,通过X-射线光电子能谱仪(XPS)、热重分析仪(TG)和UL-94测试等对这两种阻燃材料的结构和阻燃性能进行了研究。结果表明,在UL-94测试中Fe/PEPP/PAN可达V-0等级,总释放热量(THR)和热释放速率(HRC)分别下降18%和45%。总之,基于阻燃剂PEPP和Fe^(3+)的协同阻燃作用,Fe/PEPP/PAN纤维具有良好的阻燃性能。