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试述泡沫网状木质基泡沫炭制备和表征

收藏本文 2024-03-21 点赞:9021 浏览:34282 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:富勒烯和碳纳米管等新型炭材料的发现,使炭材料的探讨倍受关注。作为一种新型炭材料,泡沫炭具有比表面积高、孔隙发达、密度小、耐高温、耐腐蚀等优点,在催化、净化、医疗、航空航天、军事及民用工业有着广泛运用前景。目前泡沫炭的制备主要以煤焦油沥青、石油中间相沥青、高聚物等通过自裂解发泡法、物理发泡法及模板法制备。对泡沫炭原料范围的扩展及制备策略的改善有着重要的现实作用和论述价值。本论文旨在于利用木屑这一低成本的可再生资源为原料,经过液化、液化木材树脂化、发泡、炭化、活化等工艺分别制备出多孔泡沫炭、蜂窝状泡沫炭及网状泡沫炭;并将网状泡沫炭与TiO2复合制备复合光催化剂;探讨中通过热重浅析、X-射线衍射浅析、透射电子显微镜、扫描电子显微镜及能谱浅析、低温氮气吸附浅析及气相甲苯的吸附与降解等策略对制备材料进行了表征。本论文对泡沫炭、木材液化探讨近况进行了综述,在此基础上介绍了本课题的探讨背景、案例、内容、革新点及主要探讨策略。探讨中以落叶松木屑、桦木木屑、落叶松综纤维素等为原料,通过木材液化、热塑性树脂化及高温裂解炭化等历程,制备了木质基多孔泡沫炭,产物表观密度在0.34~0.50g/cm3之间,经800℃高温处理后,比表面积达到400m2/g以上,平均孔径在1.85~2.35nm之间。以落叶松木屑、桦木木屑、落叶松综纤维素等为原料,通过木材液化、热固性树脂化、物理发泡制备了木质基热固性树脂泡沫,并进一步在高温下炭化,制备了木质基蜂窝状泡沫炭,产物由孔泡壁、韧带及节点组成的不规则六边形或五边形孔泡构成,孔泡尺寸在100~300μm之间,表观密度在0.02g/cm3左右,经800℃高温处理后,比表面积达到400m2/g以上,微观孔隙以微孔为主,平均孔径在1.88~1.99nm之间。以木质基热固性树脂泡沫为前驱体,分别以KOH和H04为活化剂,经高温活化制备了木质基网状泡沫炭,产物由相互连接的韧带和节点组成的不规则六边形或五边形孔泡构成,孔泡间相互贯通,表观密度为0.02~0.80g/cm3,经700℃氢氧化钾活化的网状泡沫炭比表面积可达到1100m2/g,孔径呈分布特点,微孔主要集中在0.44~0.45nm,中孔主要集中在3~4.5nm之间,经800℃活化后,比表面积甚至可达到近2000m2/g。以钛酸四丁酯为钛源,以网状泡沫炭为载体,通过溶胶-凝胶法合成了TiO2/泡沫炭复合光催化剂,泡沫炭的高比表面积推动了反应物的富集,泡沫炭抑制了TiO2由锐钛型向金红石型的转变,使TiO2的平均粒径由9.2nm减小到7.1nm,提升了催化剂的比表面积,以而显著提升了TiO2的光催化性能,复合催化剂的气相甲苯降解率最高可达到近90%。复合催化剂的比表面积以微孔为主,最高比表面积为394.97m2/g,微孔表面积最高为339.64m2/g,微孔对于提升催化性能起着更为关键的作用。关键词:木材论文液化论文树脂化论文网状泡沫炭论文蜂窝状泡沫炭论文

    摘要4-6

    Abstract6-14

    1 绪论14-31

    1.1 引言14

    1.2 泡沫炭14-24

    1.2.1 泡沫炭介绍14-15

    1.2.2 泡沫炭制备的进展走势15

    1.2.3 泡沫炭的分类15-16

    1.2.4 泡沫炭的制备策略16-20

    1.2.5 泡沫炭的制备原料20-21

    1.2.6 泡沫炭的改性21-22

    1.2.7 泡沫炭的运用22-24

    1.2.8 泡沫炭的探讨前景24

    1.3 木材液化技术24-28

    1.3.1 木质生物质介绍24

    1.3.2 开发木质生物质资源的背景24-25

    1.3.3 发酵法25

    1.3.4 裂解法25

    1.3.5 溶剂法25-27

    1.3.6 木材液化的进展前景27-28

    1.4 本课题的探讨背景、案例及内容28-29

    1.4.1 探讨背景28

    1.4.2 探讨案例28-29

    1.4.3 探讨内容29

    1.5 革新点29-31

    2 浅析策略、实验仪器及试剂31-38

    2.1 浅析策略31-36

    2.1.1 热重浅析法(TG-DTG)31

    2.1.2 粉末多晶X射线衍射浅析(XRD)31

    2.1.3 扫描电子显微镜(SEM)31-32

    2.1.4 透射电子显微镜(TEM)32

    2.1.5 孔结构浅析32

    2.1.6 表观密度测定32

    2.1.7 灰分含量测定32

    2.1.8 摩擦强度测定32

    2.1.9 木素含量测定32-33

    2.1.10 综纤维素含量的测定33

    2.1.11 纤维素含量的测定33

    2.1.12 半纤维素含量的测定33

    2.1.13 木材液化残渣率的计算33-34

    2.1.14 炭收率的计算34

    2.1.15浸渍比的确定34

    2.1.16 TiO_2比表面积的计算34

    2.1.17 吸附性能及光催化性能的测试34-36

    2.2 实验仪器及试剂36-38

    3 多孔泡沫炭38-53

    3.1 引言38

    3.2 实验部分38-41

    3.2.1 落叶松综纤维素的制备38

    3.2.2 木材液化38-39

    3.2.3 木质基多孔泡沫炭的制备39-41

    3.2.4 热塑性酚醛树脂基多孔泡沫炭的制备41

    3.3 结果与讨论41-51

    3.3.1 液化条件对液化的影响41-42

    3.3.2 固化剂对多孔泡沫炭制备的影响42-43

    3.3.3 TG-DTG浅析43-45

    3.3.4 XRD浅析45-48

    3.3.5 SEM浅析48-49

    3.3.6 孔结构浅析49-51

    3.4 本章小结51-53

    4 蜂窝状泡沫炭53-67

    4.1 引言53

    4.2 实验部分53-55

    4.2.1 木质基蜂窝状泡沫炭的制备53-54

    4.2.2 热固性酚醛树脂基蜂窝状泡沫炭的制备54-55

    4.3 结果与讨论55-65

    4.3.1 TG-DTG浅析55-57

    4.3.2 XRD浅析57-59

    4.3.3 SEM浅析59-62

    4.3.4 孔结构浅析62-65

    4.4 本章小结65-67

    5 网状泡沫炭67-87

    5.1 引言67

    5.2 木质基网状泡沫炭的制备67-68

    5.2.1 KOH活化法67

    5.2.2 磷酸活化法67-68

    5.3 结果与讨论68-85

    5.3.1 活化剂浓度的影响68-69

    5.3.2 活化温度的影响69-70

    5.3.3 网状泡沫炭性质70-71

    5.3.4 XRD浅析71-75

    5.3.5 SEM及TEM浅析75-78

    5.3.6 孔结构浅析78-84

    5.3.7 甲苯吸附84-85

    5.3.8 机理浅析85

    5.4 本章小结85-87

    6 TiO_2/网状泡沫炭复合材料87-98

    6.1 引言87-88

    6.2 实验部分88

    6.2.1 溶胶-凝胶法制备纳米TiO_2粉体88

    6.2.2 溶胶-凝胶法制备纳米TiO_2/泡沫炭复合材料88

    6.2.3 浸渍法制备P25/泡沫炭复合材料88

    6.3 结果与讨论88-97

    6.3.1 光催化性能88-90

    6.3.2 XRD浅析90-91

    6.3.3 SEM及TEM浅析91-93

    6.3.4 孔结构浅析93-97

    6.4 本章小结97-98

    结论与展望98-100

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