流变和光学法研究PAN/DMSO/H_2O体系的凝胶化和相分离行为

碳纤维是非常重要的增强材料,在军工以及高档民用产品中用途广泛。因为聚丙烯腈原丝的结构会"遗传"到最终的碳纤维结构中,因此原丝结构对碳纤维的性能影响很大。原丝的结构是纺丝液在凝固浴中的相分离和凝胶化两个过程决定的,因此研究这两个过程的规律并进一步控制它们的进程,达到调控原丝结构的目的是非常重要的。本文介绍了本课题组利用流变学及光学的方法研究PAN/DMSO/H2O体系凝胶化及相分离行为的最新研究成果,主要探索了PAN/DMSO/H2O浓溶液中凝胶化行为,发现了二次自相似结构的形成并对其机理进行了分析,并对PAN/DMSO/H2O亚浓溶液中凝胶化与相分离的耦合过程进行了研究,分析了最终凝胶的结构特性及Winter-Chambon模型在此过程中的适用性。最后,对PAN/DMSO/H2O体系凝胶化及相分离行为的下一步研究进行了展望。     

混合溶剂沉淀聚合制备高分子量聚丙烯腈研究进展

为了获得高性能的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维,采用高分子量PAN共聚物进行纺丝是最有效的解决途径。本文主要从聚合反应机理、共聚单体类型、引发剂种类、混合溶剂选择以及聚合工艺条件等五个方面出发,阐述了混合溶剂沉淀聚合制备高分子量PAN的工艺特点和研究现状。该工艺采用水/有机溶剂混合体系为反应介质,兼具均相溶液聚合和非均相聚合的双重优点,能够合成出高分子量且内部结构疏松的PAN共聚物,是制备高性能PAN前驱体的重要合成方法。     

基于RAFT活性自由基聚合的具有一定立构规整性的聚丙烯腈合成

运用RAFT活性自由基聚合方法探索了具有一定立构规整性的聚丙烯腈的合成。合成得到RAFT聚合的链转移剂MESA,并以1 H NMR进行了表征;以MESA作为链转移剂、碳酸乙烯酯为溶剂,在单体浓度为0.80 M、60℃、原料配比[AN]0/[MESA]0/[AIBN]0为2500∶5∶1的聚合条件下,成功合成出较高分子量(Mn=5.60×104g/mol)、窄分子量分布(PDI=1.15)的聚丙烯腈;进一步在各单体浓度的RAFT聚合中,加入单体摩尔量3%的AlCl3,得到聚丙烯腈数均分子量为6.1×104~6.5×104g/mol,全同立构组成为mm=32.1%~32.6%,聚合产物分子量分布宽度介于1.31~1.38之间,从而实现了在RAFT活性聚合体系中通过Lewis酸的作用合成得到具有一定立构规整性的聚丙烯腈。     

交联聚丙烯腈螯合树脂对Pb(Ⅱ)的吸附及其在痕量分析中的应用

采用火焰原子吸收光谱法（FAAS）研究了交联聚丙烯腈螯合树脂对环境样品中Pb2+的吸附分离/富集行为,并考察了共存离子的干扰。 结果表明,该树脂对Pb2+的吸附率在溶液pH=5.4、静态吸附时间为1.5 h时室温下可达到90%。 在最佳吸附条件下,树脂对单一Pb2+的饱和吸附容量可达到49.6 mg/g。 以0.1 mol/L盐酸溶液作为解吸剂,可将吸附在树脂上的Pb2+定量洗脱,富集倍数和解吸率可分别达到50和97%。 富集50倍后,方法的检出限（3σ10）为5.3 μg/L;相对标准偏差（RSD）为2.1%;加标回收率为92.9%～97.6%。     

PAN/TiO2复合微粒的制备与表征

采用沉淀法合成聚丙烯腈(PAN),并通过化学吸附法制备得到PAN/TiO2纳米复合微粒.采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射吸收光谱(DRS)等方法对复合微粒的结构和性能进行了分析表征.结果表明,复合微粒的形貌、晶型和粒径和纯二氧化钛比较基本没有发生改变;PAN/TiO2纳米复合微粒在可见光区的光吸收能力增强.对甲基橙降解实验研究结果表明,所制备的PAN/TiO2纳米复合微粒具有良好的光催化降解性能,其14 h对甲基橙的降解去除率可以达到86.5;.     

β-环糊精功能化聚丙烯腈纳米纤维的制备及对亚甲基蓝的吸附性能β-环糊精功能化聚丙烯腈纳米纤维的制备及对亚甲基蓝的吸附性能

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂, 利用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/β-环糊精(β-CD)纳米纤维. 通过场发射扫描电镜、红外光谱和粉末XRD对纳米纤维进行了表征, 并检测了纺丝溶液的电导率和黏度. 结果表明, β-CD的添加量可以改善纳米纤维的形貌, 固定在纤维上的β-CD保留了空腔结构, 为其在纳米纤维中发挥超分子特性提供了可能. 通过紫外-可见光谱法研究了PAN/β-CD纤维对亚甲基蓝(MB)溶液的吸附性能. 结果表明, 纳米纤维中的β-CD显著提高了PAN/β-CD纤维对MB的吸附能力, 使其在吸附分离、电化学传感器及药物控制释放等领域具有潜在的应用价值.     

锂硫电池用高度环化硫化聚丙烯腈的制备

硫化聚丙烯腈因其不溶解机制和有效缓解锂硫电池中多硫化物“穿梭效应”,被认为是具有吸引力的锂硫电池正极候选材料。硫化聚丙烯腈的导电聚合物骨架具有优异的电子导电性,同时共轭主链能有效解决充放电过程中硫正极体积变化引起的正极结构坍塌问题。因硫化聚丙烯腈的固-固反应机理,有效克服了传统硫正极在醚类电解液中多硫化物溶解及穿梭效应的问题,具有高正极活性物质利用率、出色的循环稳定性和结构稳定性等优势。有许多研究工作致力于通过硫化促进剂来提高硫化聚丙烯腈的硫含量,进而提高材料的能量密度。其中,硫化聚丙烯腈主链的环化度与循环稳定性的关系引起了我们的关注。在该研究工作中,通过在硫化过程中引入无水硫酸铜和正乙基正苯基二硫代氨基甲酸锌(ZDB)合成了SPAN-C-V复合材料。无水硫酸铜和ZDB的共同引入降低了聚丙烯腈环化反应的起始温度,同时提高了产物SPAN-C-V内碳碳双键的含量,在提高了材料硫含量的同时提高了其环化度。以SPAN-C-V为正极活性物质所组装的锂硫电池展现出良好的循环稳定性和倍率性能：在0.2 C (1 C = 600 mAh·kg^-1)下循环100次后的可逆容量为601 mAh·kg^-1,容量保持率为93%。该工作对于硫化聚丙烯腈材料的发展提供了参考。     

聚丙烯腈微球预富集分离微柱与FAAS联用测定痕量Cd(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)

将自制的聚合物微球填充到玻璃柱制备了2.5cm×4 mm i.d.预富集分离柱,并将其与火焰原子吸收光谱(FAAS)法联用,测定了其对Cd2和Zn2+的动态吸附,建立了测定溶液中痕量Cd2+和Zn2+的预富集分离-FAAS方法;优化了对Cd2+和Zn2+的吸附富集与洗脱条件,在室温下,溶液pH为5～6,上样和洗脱液流速...     

具有隔氧功能的Ru（dpp）3（ClO4）2-聚丙烯腈纳米颗粒的制备

选择对氧有敏感响应的4,7-二苯基-1,10-邻菲咯啉钌[Ru(dpp)]为荧光猝灭探针,通过条件优化,制备了粒径100nm左右且包埋有该荧光探针的聚丙烯腈纳米颗粒。研究结果表明,包埋于聚丙烯腈材料中的Ru(dpp)较好保持了原有的荧光特性和稳定性。丙烯腈纳米颗粒在100%氮氧改变的环境中,其荧光强度变化小于2%,显示了较好的隔氧效果。     

NiSO_4改性对聚丙烯腈原丝及其碳纤维结构与性能的影响

碳纤维具有高比强度、高比模量、导电、耐热、自润滑等优异的综合性能,在纤维增强复合材料中得到了广泛的应用.可制备碳纤维的前驱体有人造丝、沥青、聚丙烯腈纤维、木质素、聚乙烯纤维、聚苯并噻唑(PBO)纤维等.但大多数高强碳纤维目前仍然是由聚丙烯腈纤维制备的,同时,许多工作都集中在更进一步提高碳纤维的机械性能.特别是在我国, 碳纤维质量与某些发达国家相比,还有较大的差距,急需解决的问题就是如何尽快研制出高力学性能的碳纤维.采用氨基硅氧烷、脂肪族羧酸[1]、CuCl[2]、KMnO 4[3]、CoCl2[4]等有机或无机化学试剂对聚丙烯腈原丝进行化学处理, 以改进最终碳纤维的结构与性能是一种有效的方法.国内在这方面的研究还很少.文献[1 ～4]中所采用的方法都是利用商业聚丙烯腈原丝在碳化前进行洗油、浸渍、洗涤烘干处理 ,增加了碳纤维制备的工序,同时,原丝损伤较大,在连续生产中难以适用.我们在原丝连续制备的同时采用NiSO4溶液浸渍处理聚丙烯腈纤维,本文主要研究了采用NiSO4浸渍改性后聚丙烯腈原丝及其碳纤维的结构与性能.研究表明,采用NiSO4在线浸渍改性聚丙烯腈原丝,生产工艺简单,且能有效地改进最终碳纤维的结构与性能.