【摘要】：為闡明油棕(Elaeis guineensis Jacq.)多元醇液化物水不溶物的形成機(jī)理及其纖維熱穩(wěn)定化的不熔融機(jī)制,為高值化利用油棕制備活性碳纖維提供理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù),本研究以產(chǎn)自泰國南部的油棕為原料,分析了其不同樹干部位的成分與結(jié)構(gòu)差異,考察了其在多元醇(聚乙二醇#400/甘油)為液化劑酸催化條件下的液化行為,推定了其液化物水不溶物的形成途徑,提出了硫酸化學(xué)處理與預(yù)氧化處理相結(jié)合的熱穩(wěn)定化處理方法制備不熔融纖維,并探討了二氧化碳活化該纖維成活性碳纖維的孔結(jié)構(gòu)特征與電化學(xué)性能。獲得如下主要結(jié)論:(1)油棕樹干中部與頂部的邊材與心材化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)差異較大,頂部心材纖維素含量最少,僅11.3%,無定型碳水化合物達(dá)80.9%,這有利于其高效液化。(2)油棕樹干頂部心材最容易被液化,其液化殘渣率隨液化劑比例、液化時間和液化溫度的增加而呈降低趨勢,尤其在液化溫度為180℃、液化時間為30min條件下得到的液化殘渣率低至3.7%;大部分無定型化學(xué)成分在140℃時便可被液化分解,而具有結(jié)晶區(qū)的纖維素需要在較高溫條件下才會被大量液化分解,但高溫會使液化產(chǎn)物之間發(fā)生聚合,增加了殘渣率。(3)油棕中的纖維素、淀粉和半纖維素等碳水化合物在液化過程中脫水形成5輕甲基糠醛或糠醛,在溶于水中后與多元醇聚合成乙酰丙酸酯和乙酰丙酸等混合物,這是組成液化物水不溶物的主要成分;同時,油棕含有的少量木質(zhì)素結(jié)構(gòu)上的Ca醚鍵在酸性液化條件下發(fā)生斷裂,并與聚乙二醇結(jié)合形成新的醚鍵結(jié)合,并與液化產(chǎn)物中的5羥甲基糠醛或糠醛等發(fā)生再聚合,最終在水中形成更高分子量的液化物水不溶物。(4)液化物水不溶物的碳含量達(dá)到59.4%,是良好的碳材料前驅(qū)體,并具有較好的熔融性能,在180℃的溫度下通過熔融紡絲方法制備出初始纖維。初始纖維在1℃/min升溫速率條件下預(yù)氧化不能轉(zhuǎn)化為不熔融纖維,采用稀硫酸化學(xué)處理后初始纖維中產(chǎn)生新的酯鍵結(jié)合,在纖維內(nèi)部形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),促進(jìn)纖維熱穩(wěn)定性能提高;酯鍵隨著硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增加,尤其經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸化學(xué)處理后的纖維可以在5℃/min升溫速率條件下成功預(yù)氧化成不熔融纖維,并且纖維的形貌得到較好的改善。(5)采用二氧化碳活化不熔融纖維得到的活性碳纖維以微孔為主,并隨活化時間和活化溫度的提高而逐漸向中孔轉(zhuǎn)變;活性碳纖維的比表面積和總孔容最高分別達(dá)到1291 m2/g和0.735 cc,但其產(chǎn)率僅為5%;此活性碳纖維在雙電極電容中表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的電學(xué)性能。
【圖文】：

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【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ342.742

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本文編號：2697847