热处理条件对纳米纤维素碳纳米纤维性能的影响开题报告

1. 研究目的与意义

以椰叶柄为试验启动材料，该原料来源广泛、成本低廉，缓解使用石油基材料对环境的污染，符合国家可持续发展的政策，能够产生巨大的社会效益；以生物质纳米纤维素为前驱体，热解法制备碳纳米纤维目前正处于起步阶段，热解碳化法工艺相对简单，对环境影响较小。

碳纳米纤维除了具有化学气相沉积法生长的普通碳纤维低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等特性外，还具有缺陷数量少、长径比大、比表面积大、结构致密等优点。它是一种高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。

2. 国内外研究现状分析

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20 世纪90 年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20 世纪90 年代欧共体joule 计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

ehsan jazaeri等人通过分析热解冻干纳米纤维素前后的sem图像，对比热解烘干的cellnf前后的sem图像，得到当cellnf是冻干，原纤维倾向于保持其形态后热解。碳纳米纤维的纤维的直径分布约为平均20nm。两种不同的干燥方式从空间距离角度解释了碳纤维形态上的差异。在240℃和400℃的时候碳纤维环崩溃形成高活性的自由基，形成如co2和co的气态产物以及水和焦油。由于纤维素的亲水性和在炉中干燥纳米纤维时，羟基倾向于通过氢键在相邻的纳米纤维的纤维素链之间的桥处。因此，在烘箱干燥的样品当自由基机制启动时纤维往往是紧密联系的。粘性焦油相互连接纤维，当他们的距离很短，导致在烘箱干燥的样品的纤维结构部分消失。另一方面，冷冻干燥给单独的纤维之间惰性气体的流量创造了足够的空间，使样品更快地去除气体和焦油副产物，使纤维之间保持相对孤立的状态。

这项研究中，通过热解针叶木浆制成的冻干纤维素纳米纤维制备可再生的直径在20 nm的纳米纤维材料无定形碳。它结果表明，在热解之前干燥纤维素纳米纤维的方法在很大程度上影响着最终的纤维的残炭的结构，主要是由于不同的干燥条件导致不同纤维素纳米纤维之间的空间距离；短距离纤维素纳米纤维的结果之间的在碳化过程中纤维形态消失。

3. 研究的基本内容与计划

课题研究内容：以椰叶柄为原料，通过化学机械法制备生物质纤维素纳米纤维，再经高温热解得到生物质碳纳米纤维。

研究进度安排如下：

2014.10.12-2014.12.1 查阅资料；

4. 研究创新点

（1） 以椰叶柄为试验启动材料，该原料来源广泛、成本低廉，缓解使用石油基材料对环境的污染。

（2）通过化学机械法制备性能优异的生物质纤维素纳米纤维。

（3）通过热解的方式将低热值的生物质能转化为高热值的液体或气体燃料，这是一种很好的生物质利用途径。