本文選題：脲醛樹脂微球 + 熱分解動力學(xué)��； 參考：《北京化工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：脲醛樹脂微球因?yàn)槠淞己玫臋C(jī)械性能、豐富的表面官能團(tuán)以及豐富的氮元素,廣泛應(yīng)用于色譜柱填料、催化劑載體、復(fù)合微球的模板劑、碳材料前驅(qū)體等領(lǐng)域,引起了研究者們的廣泛關(guān)注。到目前為止,脲醛樹脂微球的研究主要集中于其應(yīng)用,很少有人關(guān)注尿素甲醛反應(yīng)本身的特質(zhì),去設(shè)計(jì)合成粒徑可控、形貌特殊的脲醛樹脂微球。本文從甲醛尿素的反應(yīng)原理出發(fā),研究了 pH值、表面活性劑的加入、無機(jī)鹽的加入對脲醛樹脂微球形貌、粒徑的影響。采用SEM、沉淀時間等表征手段詳細(xì)研究了反應(yīng)條件對脲醛樹脂微球的影響。結(jié)果表明,體系的pH值是控制甲醛尿素反應(yīng)速率的關(guān)鍵,沉淀時間隨著體系pH值的增大而增大,脲醛樹脂微球形貌隨著pH值的增大變粗糙,通過控制體系的pH值可以控制脲醛樹脂微球的形貌;HEC可以改善脲醛樹脂微球的形貌;無機(jī)鹽可以使得脲醛樹脂微球的粒徑急劇減小,且表面粗糙度降低。當(dāng)體系中加入7 g硫酸銨,0.3 gHEC時,可以得到粒徑約為300 nn的亞微米級脲醛樹脂微球。pH為4時,使用O.1gHEC作為表面活性劑,可以得到形貌奇特、結(jié)構(gòu)規(guī)整的金盞花狀脲醛樹脂微球。用SEM跟蹤、XRD、FTIR等表征方法來研究花狀微球的成球機(jī)制。結(jié)果表明,形成花狀微球的原因?yàn)檩^高的pH值(pH = 4),即較慢的反應(yīng)速度為脲醛樹脂低聚物的結(jié)晶行為及自組裝行為提供有利的環(huán)境。其次,采用熱失重法研究了三種典型的脲醛樹脂微球(普通脲醛樹脂微球normal UFMs、亞微米級脲醛樹脂微球submicro-size UFMs、花狀脲醛樹脂微球flower-like UFMs)的熱分解動力學(xué)。用TGA表征了三種典型的脲醛樹脂微球的熱失重過程,在四個升溫速率下測試,進(jìn)而使用FR法、FWO法、KAS法以及AICM法計(jì)算出三種微球的熱分解活化能隨轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。結(jié)果表明:(1 )normal UFMs、submicro-size UFMs、flower-like UFMs的熱失重均可以分為三階段。第一階段為150 ℃以下水、單體小分子的脫除階段、第二段為150-400 ℃為最主要失重段,第三段為高于400℃緩慢失重段。在快速失重段,normal UFMs的熱分解活化能先減小后增大;submicro-size UFMs的熱分解活化能經(jīng)歷兩個過程,均為先增大后減小的過程;flower-like UFMs的熱分解活化能先減小后增大。這三種脲醛樹脂微球的分解規(guī)律相似。(2) submicro-size UFMs的熱分解活化能最低,normal UFMs的熱分解活化能隨著轉(zhuǎn)化率的增加,先低于flower-like UFMs的熱分解活化能后高于flower-like UFMs的熱分解活化能。(3)對比三種典型脲醛樹脂的熱分解動力學(xué)、紅外結(jié)果,submicro-size UFMs的固化程度最高,結(jié)晶性最差。Flower-like UFMs的固化程度最低,結(jié)晶性最好。最后,將亞微米級脲醛樹脂微球和花狀脲醛樹脂微球作為前驅(qū)體來制備碳材料。利用KOH活化的方法分別制得了氮摻雜多孔碳材料(NPCs和多級孔結(jié)構(gòu)的碳材料(HPCs)。采用SEM、Raman、N2吸附脫附測試、XPS研究了堿炭比對NPCs及HPCs結(jié)構(gòu)的影響。采用循環(huán)伏安曲線測試、恒流充放電曲線測試、交流阻抗測試研究了堿炭比對NPCs和HPCs電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,(1)NPCs、HPCs的比表面積、總孔體積均隨著KOH的用量的改變而改變,堿炭比為2的NPCs比表面積最大(3386 m2·g-1),總孔體積為1.967 cm3·g-1。堿炭比為2的HPCs比表面積最大,為3223 m2·g-1,總孔體積為1.92cm3·g-1。(2)增加KOH的用量會降低NPCs和HPCs表面氮元素的含量。(3)堿炭比為1.5的NPCs具有及其優(yōu)異的電化學(xué)性能。1M稀硫酸電解液中,0.5A·g-1的電流密度下比容量高達(dá)為343 F·g-1,同時NPCs具有優(yōu)異的倍率性能,在30 A·g-1的電流密度下,仍能夠保持68%。5000次長循環(huán)后容量無衰減;堿炭比為2的HPCs擁有優(yōu)異的電化學(xué)性能,1M稀硫酸電解液中,0.5A·g-1的電流密度下比容量為288 F·g-1。倍率性能優(yōu)異,在30A·g-1的電流密度下,仍能夠保持71%。5000次長循環(huán)后容量無衰減。
[Abstract]:The effects of reaction conditions on the morphology and particle size of urea - formaldehyde resin microspheres were studied by means of SEM , XRD and FTIR . The thermal decomposition activation energy of the three kinds of urea - formaldehyde resin microspheres was first decreased and the second segment was 150 - 400 鈩，

本文編號：2005624