A hierarchical porous carbon membrane from polyacrylonitrile/polyvinylpyrrolidone blending membranes:Preparation,characterization and electrochemical capacitive performance

Novel hierarchical porous carbon membranes were fabricated through a simple carbonization procedure of well-defined blending polymer membrane precursors containing the source of carbon polyacrylonitrile （PAN） and an additive of polyvinylpyrrolidone （PVP）, which was prepared using phase inversion method. The as-fabricated materials were further used as the active electrode materials for supercapacitors. The effects of PVP concentration in the casting solution on structure feature and electrochemical capacitive performance of the as-prepared carbon membranes were also studied in detail. As the electrode material for supercapacitor, a high specific capacitance of 278.0 F/g could be attained at a current of 5 mA/cm2 and about 92.90% capacity retention could be maintained after 2000 charge/discharge cycles in 2 mol/L KOH solution with a PVP concentration of 0.3 wt% in the casting solution. The facile hierarchical pore structure preparation method and the good electrochemical capacitive performance make the prepared carbon membrane particularly promising for use in supercapacitor.     

碳纤维基能源器件研究和应用进展

半个多世纪以来,碳纤维及碳纤维增强复合材料因其优异的力学性能、比强度、比模量、轻质、导电性以及热/化学稳定性,逐渐成为航空航天、建筑、运输、生物医用、体育用品以及电子电气等诸多应用领域一类非常重要的高性能结构材料。近二十多年来,得益于纳米材料与技术以及高效可再生能源器件的迅速发展,力学性能突出的碳纤维(包括工业化碳纤维、碳纤维织物、碳纳米纤维以及碳纳米管纤维等)凭借高的导电性、电化学特性、多孔以及表面可修饰性等优点,开始作为良好的电极材料应用于多种电化学能源器件与光电转换能源器件中,并得到了广泛的研究。本文首次综述了碳纤维基能源器件的研究进展,从认识碳纤维的发展历史与应用出发,介绍了碳纤维的表面功能化与电极制备的相关基础知识,重点综述了当前国内外碳纤维能源器件的发展概况,详细介绍了碳纤维作为功能电极材料在燃料电池、微生物燃料电池、锂离子电池、电化学电容器以及太阳能电池等领域的研究和发展概况。最后,通过分析当前碳纤维能源器件研究领域的现状,对该领域在材料制备工艺、电极设计、器件性能优化与器件集成技术等方面面临的挑战和未来研究方向进行了预测和探讨。     

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。     

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...     

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%。     

多孔聚丙烯腈纤维膜的制备及油/水分离性能

首先采用静电纺丝制备聚丙烯腈/聚乙烯吡咯烷酮(PAN/PVP)纤维膜，再经水浸渍处理获得多孔聚丙烯腈(PPAN)纤维膜。通过傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、热重分析(TGA)探究纤维成孔机理，采用X射线光电子能谱(XPS)研究多孔纤维膜中PAN与PVP分子间相互作用力；同时探究PAN与PVP质量比对多孔纤维膜形貌、比表面积、润湿性、力学性能、油/水分离性能的影响，并确定最佳配比。结果表明：当m(PAN)/m(PVP)=1∶2时，PPAN纤维膜具有较高的力学性能；对正己烷/水混合物的分离通量高达(46 318±3 879) L/(m²·h·bar)(1 bar=0.1 MPa)，分离效率为(96.01±0.38)%；还实现了对不同种类油/水混合物的高效分离。此外，该PPAN纤维膜表现出优异的循环分离性能，经10次循环分离后，通量损失率仅为8.9%。     

螯合吸附材料PAO/SiO_2对重金属离子的螯合吸附行为

将丙烯腈接枝聚合在微米级硅胶微粒表面,经偕胺肟化转变,制得了接枝有聚偕胺肟(PAO)的复合型螯合吸附材料PAO/SiO2。本文重点考察了螯合吸附材料PAO/SiO2对几种重金属离子的螯合吸附行为,深入地研究了吸附机理。研究结果表明,偕胺肟基团与重金属离子之间的静电作用与配位螯合作用的协同,导致PAO/SiO2对重金属离子产生强的螯合吸附作用。在可抑制金属离子水解的pH范围内,介质的pH值越高,PAO/SiO2的螯合吸附能力越强;PAO/SiO2对性质不同的金属离子的吸附性能是有差别的,吸附容量的顺序为Cu2+Ni2+Pb2+Cd2+。     

红外光谱法对聚丙烯腈共聚物的结构表征

用红外分析的方法表征了聚丙烯腈共聚物的结构.实验结果表明,实验用聚丙烯腈共聚物为三元共聚物,不同厂家纺丝后的聚丙烯腈共聚物纤维除有些样品含有部分DMF溶剂外,在官能团结构上与纺丝前的聚丙烯腈共聚物粉末基本一致.测定结果为合理选择纺丝方法,生产更加有利于人体健康的纺织品提供了参考意见和科学依据.