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中孔活性炭纤维的制备及其在医药方面的应用

中孔活性炭纤维的制备及其在医药方面的应用. 报告人：欧阳洁瑜 指导老师：陈水挟教授. 选题意义. 活性炭纤维（ ACF ） 中孔活性炭纤维（ meso-ACF ）. 活性炭纤维概述. 活性炭纤维 含丰富微孔的纤维状炭吸附材料 . 优点 成型性好、耐酸碱、导电性和化学稳定性好 、比表面大、孔径分布 集中、吸附、脱附速度快 应用领域 环保工业、化学工业 局限性 染料分子或维他命等大分子物质 难以吸附. 中孔 ACF 的研究进展 及应用背景.

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中孔活性炭纤维的制备及其在医药方面的应用

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Presentation Transcript

  1. 中孔活性炭纤维的制备及其在医药方面的应用 报告人：欧阳洁瑜 指导老师：陈水挟教授

  2. 选题意义 • 活性炭纤维（ACF） • 中孔活性炭纤维（meso-ACF）

  3. 活性炭纤维概述 • 活性炭纤维 含丰富微孔的纤维状炭吸附材料. • 优点 成型性好、耐酸碱、导电性和化学稳定性好 、比表面大、孔径分布集中、吸附、脱附速度快 • 应用领域 环保工业、化学工业 • 局限性 染料分子或维他命等大分子物质难以吸附

  4. 中孔ACF的研究进展及应用背景 • 设计和控制合成中孔ACF 的必要性 （不仅可用作大分子物质的吸附，还可用于双电层电容等新领域 ） • 研究现状：Pekala课题组制成中孔炭气凝胶Hanzawa课题组控制合成了孔结构一定的炭气凝胶 Tamai课题组从有机金属－沥青混合物制得了中孔活性炭纤维

  5. 中孔ACF的制备工艺 • 催化活化法 • 聚合物混合物或有机物凝胶的直接碳化 • 模板炭化法

  6. 催化活化法 高聚物 + 有机金属 预氧化 抽丝 中孔活性炭纤维 有机前驱体 • 优点：产品中孔发达，微孔也十分丰富 • 缺点：产品会不可避免地引进不必要的金属离子 炭化、活化

  7. 聚合物混合物或有机物凝胶的直接 碳化 1 聚合物混合物的直接炭化 两种或两种以上的热稳定性不同的聚合物混合（物理或化学混合），然后在高温下炭化制备ACF。 混合物各成分间的相互作用决定于它的形态，即混合物是单一形态的还是相分离结构的

  8. 2有机物凝胶的直接炭化 • 通过熔胶凝胶反应制得有机物凝胶，然后在高温下炭化 • 优点：产物孔径分布均匀，大小容易控制，而且比表面大，吸附性能优良 • 缺点：选择合适的反应物及控制反应进程比较困难

  9. 模板炭化法 模板炭化由两部分组成： 1.有机物在无机物模板的纳米微孔中炭化； 2.产物从模板中脱离出来 优点：可以从孔径大小或孔的形状两方面来控制炭材料的结构，而且还可控制其宏观和微观形态 缺点：除去炭化时所用的模板，成本高又费时

  10. 创新点 采用在前驱体中引入无机金属离子的方法，使其既发挥催化剂的作用，又充当活化剂，促使产物活性炭纤维中孔的发育。

  11. 工作设想 • 实验方案：重金属离子催化活化法 • 工艺流程： 添加金属离子 炭化活化 ACF产品 原料 中间物 预处理 性能评价 结构表征

  12. 实验结果与讨论 1.制备工艺对ACF得率的影响 ： 采用沥青纤维、粘胶纤维、离子交换树脂等原料制得一批产品。 初步考察了离子浓度、活化温度、活化时间对产品得率的影响。

  13. 制备条件对粘胶基活性炭纤维产品得率的影响

  14. 制备条件对球状活性炭产品得率的影响

  15. 小结 1. 由②⑤可以看出，离子浓度越高，产品得率越高； 2. 由③④可以看出，活化温度越低，产品得率越高； 3. 由⑤⑥可以看出，活化时间越短，产品得率越高。

  16. 2.活性炭纤维的孔结构：水蒸气活化粘胶基活性碳纤维（VACF）的孔结构2.活性炭纤维的孔结构：水蒸气活化粘胶基活性碳纤维（VACF）的孔结构 氮 吸 附 等 温 线 (77K)

  17. 中孔分布微分曲线

  18. 水蒸气活化沥青基活性碳纤维（PACF）的孔结构水蒸气活化沥青基活性碳纤维（PACF）的孔结构 氮 吸 附 等 温 线 （77K）

  19. 中孔分布微分曲线

  20. 小结 活化时间的影响： 活化时间越长，所得产品的孔径越大，越容易形成中孔ACF

  21. 3.活性炭纤维的液相吸附性能 • 亚甲基蓝分子式：C16H18N3SCl · 3H2O • 分子量: 373.9 • 几何尺寸(nm): 1.44 ×0.60×0.18

  22. 实验方法 配制 500 mg /L 的亚甲基蓝溶液，以该溶 液体积 : ACF产品质量 ＝ 50 ml : 50 mg 的比例进行吸附实验，吸附 25 h 后测定 溶液的吸光度变化，从而得出其吸附量

  23. 多孔炭材料对亚甲基蓝吸附量

  24. 小结 由上表可以看出： 1. 剑麻基ACF对亚甲基蓝的吸附效果较好，说明其活化效果较好，孔径相对较大。 2. 活化温度越高，时间越长，吸附量越大，说明在较高温度下，延长活化时间有利于产品孔径的扩大

  25. 由左表可知，经过24 h 后，溶液中的大肠杆菌可被载银 ACF 完全杀灭；而未载银ACF对大肠杆菌也表现出良好的吸附特性，表明活性炭纤维的中孔对细菌有强的吸附作用 ACF的抗菌性能实验大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的对比实验： ACF抗大肠杆菌活性

  26. 由左表可看出，载银ACF对溶液中的金黄色葡萄球菌杀灭率可达到100％，而未载银ACF对其不起作用由左表可看出，载银ACF对溶液中的金黄色葡萄球菌杀灭率可达到100％，而未载银ACF对其不起作用 ACF抗金黄色葡萄球菌活性

  27. 小结 由上面的分析可以看出： 1.载银活性炭纤维表现出极强的杀菌性能。 2. 活性炭纤维含有一定量的中孔，因而 较大尺寸的细菌也有一定的吸附能力。

  28. 结论 • 镍盐活化剂浓度对活性炭纤维的得率影响较大，离子浓度越高，产品得率相对较高。 • 控制制备条件，包括延长活化时间、提高活化温度，所得活性炭纤维具有一定量的中孔。 • 活性炭纤维含有一定量的中孔并具有较高的比表面积，因而对大尺寸分子亚甲基蓝有较高的吸附容量，也可以吸附一定数量的大肠杆菌。

  29. 鸣谢 • 国家自然科学基金 • 中山大学化学与化学工程学院创新基金 • 陈水挟老师的悉心指导 • 综合化学实验室的老师 • 材料所的老师及师兄、师姐

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