先驱体法制备sic陶瓷多孔吸附纤维的研究

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1、国防科学技术大学研究生院博士学位论文摘要在全面综述多孔吸附材料研究情况的基础上，论述了制备非氧化物陶瓷多孔吸附纤维的意义和难点。提出利用先驱体法制备SiC多孑L吸附纤维的思路，并以此为出发点，开展了SiC多孔吸附纤维制备的探索性研究，以期为非氧化物陶瓷多孔吸附纤维的研究和应用奠定基础。从聚碳硅烷(PCS)先驱体出发，利用先驱体纤维及其裂解纤维，通过多种活化方法，成功制备出了五种SiC多孔吸附纤维，比表面积最高可达990m2／g。发现并系统研究了PCS不熔化纤维在裂解过程中的成孔现象和成因。实验发现PCS不熔化纤维在300—600℃热处理时，纤维中会形成大量微孔

2、，得到一种半裂解多孑L纤维(PF．SP纤维)，比表面积达400—600m2／g。研究认为，纤维孔隙生成的原因，主要是PCS分子链端头的断裂，生成低分子逸出造成的，交联度的增加有利于纤维中孔隙的形成。利用SiC．C纤维(由PCS和沥青的共混纤维裂解制备的SiC纤维)，通过空气活化制备出一种SiC多孔吸附纤维(PF．D纤维)，纤维的中孔比例较高，比表面积达283m2／g。虽然SiC—C纤维的富碳程度较高，但仍有较好的耐氧化性。若采用C02作活化气氛，活化温度应高于裂解温度，且活化效果不理想。采用SiC．C纤维，通过KOH／N2活化的方法制备出一种SiC多孔吸附纤维

3、(PF．C纤维)，纤维中的孔基本为微孔，表面积最高可达990m2／g。PF．C纤维的碳含量较高(66wt％)，呈现“皮一芯”结构，皮层碳含量较高，芯部硅含量较高。采用SiC纤维(由PCS不熔化纤维裂解制备的SiC纤维)，通过KOH／C02活化的方法制备出一种SiC多孔吸附纤维(PF．A纤维)，比表面积达680m2／g，纤维含有微孔和中孔，中孔比例相对较高。PF—A纤维碳含量低于PF．C纤维，同样呈现“皮一芯”结构，皮层碳含量较高，芯部硅含量较高。研究认为，KOH活化使纤维出现“皮一芯”结构的原因，主要是由于KOH活化时，更倾向于对纤维中的含Si结构产生刻蚀的缘

4、故。KOH可与纤维中的SiC。Ov相反应生成可溶的硅酸盐，当KOH从纤维表面向内部渗入，纤维外层的含Si结构更多地与KOH反应，并形成更多孔隙，导致纤维外层的物理形质与内部产生明显的差别，从而形成了外层碳含量高、内层硅含量高的“皮一芯”结构，且活化程度越高，纤维碳含量越高。增加纤维的碳含量，可加剧KOH对纤维的刻蚀，使纤维更易被活化。ZnCl2可使PCS不熔化纤维在较低温度下可发生分解和无机化转变，并使裂解纤维的碳含量大幅降低，但会减小纤维中的孔隙结构。ZnCl2用量越大，纤维的碳第i页国防科学技术大学研究生院博士学位论文含量越低，比表面积越小。控制ZnCl2

5、用量，可制备出富Si的SiC纤维。通过对富Si的SiC纤维的HF二次活化，制备了一种SiC多孔吸附纤维(PF．B纤维)，纤维以微孔为主，比表面积达970m2儋。SiC纤维的富Si程度较高时，纤维内部会形成连续的Si02相。通过HF刻蚀，可在纤维中形成大量的孔隙结构。采用沥青和PCS共混纤维，通过ZnCl2活化、高温热处理的方法，制备出了一种SiC多孔吸附纤维(PF—E纤维)，纤维以微孔为主，比表面积达305mz／g。研究发现，加入沥青的先驱体纤维可通过ZnCl2活化，在无机化转变过程中形成大量孔隙(沥青含量越大，孔隙越多)，所得纤维经高温处理可得到PF．E纤维

6、。PF．B和PF．E纤维结构均匀，没有出现“皮一芯’’结构，碳含量明显低于PF-A和PF．C纤维。研究了本论文制备的部分多孔吸附纤维的H2吸附性能。发现较高的比表面积和丰富的微孔，有利于H2的吸附。如微孔比例较高的PF．SP纤维和PF—C纤维在．196℃、0．1MPa时的H2吸附量高于PF．A纤维，分别为0．69wt％和1．15wt％。由于具有较高的比表面积，PF．SP、PF—A和PF．C纤维的H2吸附性能明显高于SiC纳米管和碳纳米管。主题词：SiC，多孔吸附纤维，先驱体，聚碳硅烷，沥青，活化第ii页国防科学技术大学研究生院博十学位论文ABSTRACTPor

7、ousfibersarewidelyusedincatalysisandseparationduetolargeporosityandconvenientapplication．Theirdevelopmentinindustryanddailyusagearepromising．Butpoorthermalstability．oxidationresistanceorlowsurfacearealimittheapplicationofexistingporousfibers，especiallyinthefieldsofhightemperature，hi

8、ghhumidityandcausti