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基本信息

項(xiàng)目名稱：
高溫處理聚丙烯腈微球制備多孔碳材料
小類：
能源化工
簡介：
本科研小組制備出具有牡丹花形狀的聚丙烯腈微球，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行碳化，制備出多孔性高，比表面積較大的多空碳材料，可應(yīng)用于藥物載體，緩釋劑以及催化劑載體等。
詳細(xì)介紹：
在材料科學(xué)中常以聚丙烯腈為基體來合成多孔材料，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，對(duì)于聚丙烯腈纖維的研究也更是有了很大的的進(jìn)步。聚丙烯腈具有很多優(yōu)良特性，如價(jià)格便宜、耐一般溶劑、不易水解、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐細(xì)菌侵蝕性以及易于和多種單體共聚等；另一方面，聚丙烯腈分子中含有極性很強(qiáng)的氰基，高分子鏈間的作用力強(qiáng)、柔韌性小。 聚丙烯腈的其他應(yīng)用還不太成熟，以煤或石油芳烴重油為原料制備球形炭存在工藝路線復(fù)雜、球形度難以控制、顆粒大小不均勻、成本高等不足，但聚丙烯腈具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕、抗沖刷及濺射以及良好的可設(shè)計(jì)性、可復(fù)合性等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能，被應(yīng)用于航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。而本科研產(chǎn)品多孔性高，比表面積較大，可應(yīng)用于藥物載體，緩釋劑以及催化劑載體等。

作品圖片

  • 高溫處理聚丙烯腈微球制備多孔碳材料
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本文提供一種新型制備多孔碳材料的方法，通過制備聚丙烯腈微球，再和交聯(lián)劑苯乙烯和二乙烯基苯進(jìn)行交聯(lián)聚合，最后經(jīng)過預(yù)氧化和碳化制備聚丙烯腈多孔碳材料。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

制備的聚丙烯腈具有牡丹花狀的外形，經(jīng)過交聯(lián)聚合，碳化以后交聯(lián)劑分解，形成多孔的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)多孔性強(qiáng)、比表面積高以及較高的極性。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

該作品基于聚丙烯腈微球的獨(dú)特形貌，制備出的多空碳材料具有其它多孔材料所不具有的性能，擴(kuò)大了多孔材料的應(yīng)用范圍，并且由于其較高的比表面積可以作為某些催化劑的載體，也可以用來做特殊材料的吸附劑。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文以聚丙烯腈（PAN）微球?yàn)榍绑w制備多孔性碳材料。將PAN微球在常壓下進(jìn)行預(yù)氧化后，再在氮?dú)獗Ｗo(hù)中進(jìn)行炭化實(shí)驗(yàn)。采用了掃描電子顯微鏡(SEM)、熱失重分析儀(TG)、紫外可見近紅外分析儀（Vis-UV-NIR）、X射線衍射儀（XRD）和氮吸附等方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。XRD圖譜分析表明：220℃預(yù)氧化處理的聚丙烯腈微球晶型較明顯，溫度再升高晶型變的不明顯，預(yù)氧化使微球形成耐高溫穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；SEM和氮吸附研究表明：經(jīng)過同二乙烯基苯（DVB）和苯乙烯（St）交聯(lián)后的聚丙烯腈炭化微球多孔性較好，而且有較高的比表面積。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

聚丙烯腈（PAN）主要用于制造合成纖維，在材料科學(xué)中常以PAN為基體來合成多孔材料，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，我國炭纖維工業(yè)雖取得了長足的發(fā)展，對(duì)于PAN纖維的研究也更是有了很大的的進(jìn)步。PAN具有很多優(yōu)良特性，如價(jià)格便宜、耐一般溶劑、不易水解、抗氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐細(xì)菌侵蝕性以及易于和多種單體共聚等。另一方面，PAN分子中含有極性很強(qiáng)的氰基，高分子鏈間的作用力強(qiáng)、柔韌性小。同時(shí)，未改性的PAN生物相容性較差，容易導(dǎo)致蛋白質(zhì)等在膜表面的粘附和固定化酶的失活。因此眾多研究者都希望通過表面接枝、復(fù)合等方法對(duì)PAN進(jìn)行改性，以提高其吸附性能、拓展其應(yīng)用范圍。 PAN基炭纖維具有質(zhì)輕、高強(qiáng)度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕、抗沖刷及濺射以及良好的可設(shè)計(jì)性、可復(fù)合性等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能，被應(yīng)用于航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。 PAN微球制備多孔碳材料的工藝主要包括成型、預(yù)氧化、炭化，整個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是PAN微球經(jīng)過預(yù)氧化形成耐熱、耐腐蝕的結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過低溫炭化和高溫炭化轉(zhuǎn)化成具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的無機(jī)碳微球，每個(gè)工藝過程對(duì)碳微球的性能都有重要的影響。 但是對(duì)于PAN微球的研究還不是很成熟，就目前的研究來看，PAN的其他應(yīng)用還不太成熟，以煤或石油芳烴重油為原料制備球形炭存在工藝路線復(fù)雜、球形度難以控制、顆粒大小不均勻、成本高等不足。 本實(shí)驗(yàn)立足于PAN微球制備多孔碳材料，使用丙烯腈（AN）為單體，采用沸騰條件下的聚合法合成PAN微球，合成的PAN微球具有特殊的形貌，此結(jié)構(gòu)有利于提高水解反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，也有利于增加比表面積，更有利于制備多孔性材料。本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)PAN微球進(jìn)行了預(yù)氧化和炭化處理，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，主要發(fā)生環(huán)化、脫氫、氧化和裂解反應(yīng)，對(duì)最終微球的結(jié)構(gòu)等有極大的影響。炭化是PAN微球制備過程中的又一個(gè)重要階段，化學(xué)反應(yīng)簡單，對(duì)多孔性材料的最終性能起著決定性作用。
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