活性炭纤维表面氟化修饰及吸附性能的研究.pdf

维普资讯 172 助 对 斟 2004年第2期(35)卷 活性炭纤维表面氟化修饰及吸附性能的研究 邓继勇 。，李 华。，邵 芸 ，武 山 ，谢金川 ，王旭辉 ，张利兴 (1．西北核技术研究所 ，陕西 西安 710024； 2．中山大学 材料科学研究所教育部复合材料与功能材料重点实验室，广东 广州 510275；3．暨南大学 物理系，广东 广州 510632) 摘 要 ： 研究了活性炭纤维在 氟化前后 的结构与性能的变化。 2010吸附仪进行 ，样 品首先在 300℃加热脱气 4h，然后在 77K 结果表明，随着反应时间和温度的变化，活性炭纤维表面氟取代 液氮温度下进行氮气吸附．吸附等温线经 DA、DR方程拟合，并 氢基数 目增加 ．同时在分子水平上形成 C—F共价键。氟化后 且用密度 函数理论 (DFT)计算 ACF的孔径分布。 活性炭纤维的孔结构和 比表面积变小，氮低温吸附等温曲线明 3 结果与讨论 显 降低 。 关键词 ： 活性炭纤维；表面氟化 ；结合能 3．1 活性炭纤维氟化前后的 XPS研究 中图分类号 ： O613 文献标识码 ：A 图 1是活性炭纤维氟化前后 的XPS全扫描谱 图。从中可 文章编号 ：1001—9731(2004)O2一O172一O2 以明显地看出，随着氟化程度 的增加 ．出现新 的氟峰 ，C1S电子 结合能不断增大，说明氟取代碳氢键上 的氢程度不断加大。图 1 引 言 2表明氟化程度的提高 ．C1S峰的结合能不断向高结合能方向移 活性炭纤维(ACF)对吸附质分子 的吸附，取决于 自身孔结 动．显示 出碳键周围氟数量 的增加 。图 3为氟化后 活性炭纤维 构和吸附质分子 的特性。为了提高吸附效率和改善吸附的选择 Fls的XPS谱图．每增加一个氟原子．结合能就增加 1，5eV∞]． 性，往往需要对ACF的孔结构进行控制以及对其表面官能团结 说明通过控制反应条件 ．可以有效定量的引进氟原子 的数量 ，从 构进行修饰 。有关孔结构和表面修饰的方法包括活化法、催化 而改变材料的特性。 活化法和蒸镀法。ACF是 由三维随机网格 的纳米石墨单元组 成，它表现 出单一狭缝微孔和吸附特性，ACF所具有的 电子 共轭体系也是人们很感兴趣 的方面_】]。本文采用氟气对活性炭 纤维进行修饰，氟化处理可以制备不 同结构与性能的ACF．同 时带来 ACF潜在的应用前景。 2实 验 2、1 试样制备 2．1_1 ACF的制备 粘胶纤维经过预氧化炉中处理后 ，在高温管式裂解炉中高 Fig 1TheXPSofallspectratheACF surfacefluorinaitonbefore 温炭化．氮气保护。然后水蒸气活化处理 ．即得到活性炭纤维。 andafter 2．1、2 活性炭纤维的氟化修饰 将 ACF放人不锈钢容器 中．抽真空并加热到不 同温度下． 然后通人一定量的氟气进行处理．待反应完成后抽取反应器内 气体到纯化过滤器 中．得 到氟化 的活性炭纤维样 品。记 为 FACF。 2．2 测试分析 2．2．1 XPS测定 仪器型号为 x光电子能谱由英国VG公司生产的ESCAL— ABMK Ⅱ；测试条件为Mg靶 Ka(by=1253．6eV)．功率 240W Fig2C1SXPSbindingenergiesoffluorinatedACF beforeand (12kV×20mA)；能量分析器固定透过能为 20eV。样 品以纤维