酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O),对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨.用N2(77K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积,用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗.研究表明,在LiClO4/PC有机电解液中,ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7nm以上.随着活化时间的延长,ACF-H2O的孔容和比表面不断增大,但微孔(0.7nm<d<2.0nm)和中孔(d>2.0nm)率变化很小,活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行,但过度活化则造成孔壁塌陷,孔容和比表面迅速下降.因此,除活化过度的样品外,电容量随比表面积呈线性增长,最高达到109.6F·g-1.但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同,其单位面积电容分别为8.44μF·cm-2和4.29μF·cm-2,中孔具有更高的表面利用率.ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关.随着孔径的增大,时间常数减小,电解液离子更易于向孔内快速迁移,阻抗降低,电极具有更好的充放电倍率特性.因此,提高孔径和比表面积,减少超微孔(d<0.7nm),是提高EDLC能量密度和功率密度的重要途径.然而仅采用水蒸汽活化,只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔,ACF-H2O电极电容性能的提高受限.

酚醛基活性炭纤维的制备及改性研究进展

酚醛树脂经纺丝成纤制得酚醛基初生纤维,原丝再经固化、碳化及活化制成一种高比表面积、孔径均匀、导电性能好的酚醛基活性炭纤维(PACF)。首先对酚醛树脂的合成、酚醛基初生纤维的制备方法作了简要概述,其中酚醛基初生纤维的制备方法主要有湿法纺丝法、熔融纺丝法、静电纺丝法等;接着对碳化、活化过程进行了总结;对PACF的结构与性能、应用及改性方面的研究进展进行了阐述,最后展望了PACF的未来发展方向。

炭化温度对酚醛基活性炭纤维孔结构的影响

从酚醛纤维出发,经过炭化和KOH活化制备了酚醛基活性炭纤维(PACF),并对不同温度下炭化样品的比表面积、孔结构以及表面形态之间的关系进行了探讨。采用氮气(77K)吸附法测定PACF活性炭纤维的孔结构和比表面积。结果表明:用KOH在900℃对低于500℃炭化纤维进行活化,不能保持纤维形态,只能得到碳收率低、比表面积高的粉状物,而高于500℃炭化样品则可保持纤维形态。随着炭化温度的升高,所有样品的整体孔径分布范围基本相同,而平均孔径,比表面积和孔容逐渐缩小。

化学活化法制备酚醛基活性炭纤维及其吸附性能

以酚醛纤维为原料、KOH为活化剂,采用化学活化法制备酚醛基活性炭纤维(PACF),并以亚甲基蓝(MB)染料溶液作为吸附对象,对其吸附性能和吸附机理进行研究,同时采用扫描电子显微镜和比表面积及孔隙度分析仪对其微观形貌和比表面积及孔结构进行分析。结果表明:所制备的PACF得率高达47.01%,比表面积为1378.48 m2/g,总孔容为0.60 cm^3/g,平均孔径为1.52 nm,微孔率为90.62%,是一种以微孔为主的多孔性高吸附材料;当MB染料溶液的初始质量浓度为300 mg/L、pH为5时,最有利于PACF对其吸附,此时吸附量高达468.52 mg/g。吸附平衡和吸附动力学研究表明:PACF对MB染料溶液的吸附过程更符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型。此外,颗粒内扩散模型分析表明:外扩散和粒子内扩散都是PACF对MB染料分子吸附过程速率的控制步骤。

酚醛基活性炭纤维的制备及其对亚甲基蓝染料溶液的吸附性能研究

以酚醛纤维为原料,采用水蒸气活化法进行物理活化,制备具有丰富微孔结构的酚醛基活性炭纤维,并以亚甲基蓝染料溶液作为吸附质,探讨吸附时间、吸附温度、染料溶液初始浓度对其吸附性能的影响,同时对其吸附平衡、吸附动力学进行研究。结果表明:酚醛基活性炭纤维对亚甲基蓝染料分子的吸附性较好,吸附时间、吸附温度及染料溶液初始浓度均对吸附性能有较大影响;吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型,表明酚醛基活性炭纤维对亚甲基蓝染料分子的吸附属于单分子层吸附,且吸附过程以化学吸附为主导。

炭化温度对酚醛基活性炭纤维吸附性的影响

酚醛纤维经过炭化和氢氧化钾活化两个步骤制得酚醛基活性炭纤维(PACF),通过改变炭化温度,分析不同炭化温度下制得的PACF比表面积和孔道结构分布,并探究孔道结构与CO_2吸附性能之间的关系。结果表明:当炭化温度为700℃时,酚醛基活性炭纤维的比表面积达到最大值1372.26m^2/g,此时总孔容量也达到最大值0.559cm^3/g,CO_2吸附量可以高达120.5855mg/g。

酚醛基活性炭纤维静电纺丝制备的研究进展

酚醛基活性炭纤维(PACF)是由酚醛纤维经固化、炭化及活化所制成的一种孔径均匀、导电性能好、高比表面积的纤维。制备酚醛纤维的方法主要有熔融纺丝法、湿法纺丝法以及静电纺丝法等。其中静电纺丝法由于装置简单、工序较短、直径可控,可制得纳米级纤维的特点而得到广泛研究。本文根据酚醛电纺时纺丝液体系状态的不同分别介绍了溶液静电纺丝法和熔体静电纺丝法的研究进展,并对PACF的制备过程及其特点、应用领域进行了总结,最后阐述了未来发展方向。

活化温度对酚醛基活性炭纤维的孔结构和电化学性能的影响

从酚醛纤维出发，经过炭化和KOH活化制备了酚醛基活性炭纤维（PACF），并对不同温度下活化样品的比表面积、孔结构以及所制备的双电层电容器（EDLC）的电化学性能之间的关系进行了探讨。氮气（77K）吸附法测定PACF活性炭纤维的孔结构和比表面积；采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等测试对超级电容器的电化学性能进行了测试。结果表明：900℃是KOH活化酚醛纤维制备用于EDLC电极材料的最佳活化温度，该温度下活化样品具有最佳的循环性，稳定性和较小的内阻，比表面积为2311m^2·g^-1和比电容264．IF·g^-1（充放电电流为1000mA·g^-1）。PACF系列样品均呈现出典型的微孔炭的特征，不同活化温度下制备的PACF，虽然表现出不同的比表面积和比电容，但是其整体孔径分布范围基本相同，都在0.5nm～3．0nm之间。随活化温度的升高，样品的电容性能和功率特性越来越好，内阻也随活化温度的升高而降低。

环氧树脂生产过程废气处理的试验研究

环氧树脂生产过程中产生大量的环氧氯丙烷、甲苯等有机废气,本试验采用酚醛基活性炭纤维(PACF)对其进行吸附处理。试验结果表明,当进口废气流量为1.4 L/min,浓度为1000 mg/m^(3)时,PACF穿透吸附量最佳,最高为394 mg/g。PACF多次循环使用后,穿透吸附量仍保持在255 mg/g左右,吸附性能良好。