木质活性碳纤维表面与结构氧化改性研究

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以木质活性碳纤维(WACF)氧化改性和结构演变规律为目的,研究了 WACF的制备并使用硝酸和硝酸铈铵(CAN)氧化改性,探究了二者协同改性规律,主要结论如下:(1)得到了 WACF的制备工艺和基本性能。改性前WACF氧原子浓度为12.13%,石墨无序碳材料,V型水蒸汽吸附等温线。孔容为50.16 mmol/g,水吸附比表面积为65.40 m2/g,对HgC12的汞离子吸附符合准二级动力学方程。(2)硝酸氧化度改性可以增加氧原子浓度比例。酚基和醇基官能团含量随硝酸浓度增加而增多,随着时间的延长而减少;羟基官能团含量随温度升高和时间的延长而显著增多;羧基官能团含量随着硝酸浓度的提高而增多。WACF表面的石墨化程度随硝酸浓度提高而提高,芯部石墨化程度整体提高但不受浓度梯度的影响。硝酸改性后WACF的水吸附孔容降低,水吸附比表面积显著增加,平均增幅164%,最大增幅为259%。(3)CAN改性后的WACF含氧官能团增加,氧原子浓度上升,羟基官能团向高价态转变。拉曼检测结果均具有D峰和G峰。CAN氧化改性对WACF表面石墨化程度无影响,但显著提高了 WACF截面石墨化程度。WACF改性后孔的容积降低,水吸附比表面积显著提升。CAN改性可以提高汞吸附能力,改性过度时反而降低。(4)协同改性后WACF的氧/碳比值平均值为0.160。酚基和醇基含量提高。羧酯含量与氧化强度总体呈反比。羧酯基的含量均低于未改性样品。样品表面石墨化程度略有降低,样品芯部的石墨化程度略有提高。协同改性后孔体积降低。水吸附的比表面积显著提升。汞吸附能力与水吸附比表面积和氧原子浓度呈线性关系。硝酸可以增加官能团含量,对结构影响较小。(5)硝酸氧化改性,增加了 WACF表面官能团,微调孔结构,降低孔容,侧重于表面改性。CAN氧化改性,提高石墨化结构,腐蚀孔结构降低孔容量,双向调整孔容,微调官能团含量,侧重于结构改性。二者协同可定向微调孔径和增加含氧官能团,对靶向吸附等具有指导意义。
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