碳素材料翻译

1、生物质焦油的成分分析和其碳材料改性发展材料化学与工程学院，九州大学，春日，福冈816-8580,日本刊塞电力公司，兵库县尼崎市661-0974, 口本摘要：通过飞行时间质谱，气相色谱，质谱，红外线谱的核磁共振和甘油三 酯完成了对木焦油的分子组成分析。表明木焦油是含有苯酚的有机化合物，木焦 油被浓缩在用甲醛溶液作为催化剂，在90。c下分別以草酸和盐酸酸反应一个半 小时制备。由此产生的树脂被成功剥离,在2030° c自固化和在650-1000° c炭化。实现碳纤维的力学性能的拉伸强度和拉伸模量630mpa44gpa。关键词：碳纤维焦油碳化色谱法机械性能1 简介和煤与石油等化石燃

2、料相比，木材是一个丰富的可再牛能源提供现成的能量。木 材已成为部分日常生活的重要前体为其准备碳热材料，如木炭。碳在没有空气的 气氛下发生热解作用，生成木炭，液体和气体燃料。油相液体屮rre的叫木焦 油，是一种混合物，其中包括许多有机化合物。虽然其中一些例如，来自生物质 热解油的酚是非常有价值和有用的化学物质【1, 2】，但其分离和提纯仍然复杂 疯狂困难到现在还不易【3-51。苯酚，含多种木焦油傭分，有可能开发出类似 木焦油树脂过程作为酚类聚合成高性能指定树脂【6, 7,如玻璃般的碳材料, 碳纤维，高产量碳化粘结剂等。人们一直在做分析和利用木焦油许多研究。一般而言，气相色谱质谱分析对 木焦油组成

3、的分析是非常有用的【7-13】。然而，这不是足够应用的方法。除此 之外的其他方法，如红外光谱，核磁共振，气相色谱，氢火焰离子化检测器和其 他方法被用来分析和分离酚焦油【7, 1417】。气相色谱质谱，红外光谱，核 磁共振飞行时间质谱，甘油三酯的的组合当然更加有利于获得更多的准确的关于 木焦油成分的信息，从而更有效地使用它。在本研究中，通过飞行时间质谱，气相色谱质谱，红外光谱，h型核磁共振和甘油三酯聚合等方法完成木材成分的分子分析。它是用甲醛溶液 在草酸和盐酸的分别催化作用下，在90。c的温度下，反应95分钟，聚合生成 木焦油树脂。由此产生的树脂纺成功的在200。c下自固化和在650- 1000

4、° c 下炭化从而达到各向同性的碳纤维。2 实验21 木焦油的分析在本研究中，两种木焦油（混合木焦油，竹焦油，其元素分析如表1）被用來研究。气相色谱质谱法用来识别半定量在焦油有机化合物的种类。 飞行时间质谱法分析的化合物分子量在焦油中的分布。核磁共振是用来获取焦油 中的有关芳香指数。红外光谱是用来定性分析焦油中的官能团。廿油三酯聚合是 用来测出焦油的碳化性能。表1木焦油，竹焦油及其树脂聚合后的基本数据元素分析（水分/%）c/0sp(° c)chn0木焦油64. 666. 920. 1628. 263. 05竹焦油61.987. 330. 4230. 272. 73木焦油树脂

5、6& 986. 780. 1424. 13.8260竹焦油树脂70. 026. 560. 5222.94. 0880附：正己烷不溶2.2. 木焦油（竹焦油）聚合成树脂120克木焦油和37%甲醛溶液在三个120g的口瓶放在加热器，采用草酸 和盐酸酸作为催化剂，在90。c温度下，反应95分钟，聚合生成木焦油树脂。 聚合，冷却后，含水多树脂取出，并进一步消除了在低压的未反应小分子。2.3. 碳纤维的制备和表征由木焦油树脂由此产生的树脂纺成功（宽0.3mm*长0.9mm）在加热速率是10° c /h下 达到200° c温度后自固化，在加热速率是2。c /h下达到650-10

6、00° c温 度后碳化后，在基于cf卡的措施下和氮气流量中实现碳纤维树脂各向同性。3.结果与讨论3.1. 组成木及竹焦油显示高氧含量，分别为28%和30%。含有的碳含量前者比后者 高。木焦油溶于正己烷部分远高于竹焦油，表明木焦油中含有较多的极性成分。核磁共振和h型核磁共振光谱包含两个主要区化学约1 -5ppm的转变和 69ppm,分别由于芳香族和脂肪族质子影响。木焦油芳香指数略高于竹焦油， 分别为0.48和0.47o焦油类两种光谱表明，他们含有大量的官能团，尤其是轻基团。这些团体在从木 和竹焦油聚合过程中发挥重要作用。由于酚疑基和竣基自由基的原因，观察到强 吸收性，为3200-360

7、0/厘米。两拨基带证明了存在的竣酸和酮在1700/厘米和 乙储和酚类，轻基在1100-1200/厘米，这些峰值在1400-1600/厘米当然是归 因于芳香族结构。飞行时间质谱焦油光谱表明，木焦油显示介于200至600分布，同时，竹焦油显示略有下降，从160到450.他们的平均分子量是分别310和315o气相色谱质谱法分析焦油谱显示所用的焦油，是对多种有机化合物的混合 物组成的超过50种。竹焦油中含有较多量的苯酚，甲基苯酚,4乙基4 甲氧基 苯酚,2,6二甲基酚焦油。木焦油显示更多的苯二酚，朦胧乙基苯酚量，二甲氧基 4丙基苯酚,2甲氧基4（1 丙烯基）含有苯酚在71 %和50%。分别所有竹， 木

8、焦油量峰面积酚组峰的面积，也表明前者比后者更含有酚量。甘油三酯聚合结果表明，在900 °c f竹焦油碳化产量比木焦油高，分别为 16和12%。它是与由气相色谱质谱法分析所得的信息是一致的。3.2. 聚合木焦油飞行时间质谱焦油树脂光谱表明，产品的分子量从与甲醛在酸性催化剂聚 合得到焦油，成放人趋势。从木材焦油和竹子焦油所得两种树脂种显示分子量分 布更广泛,从200到800。它们的平均分子量分别为386 （木焦油树脂），406 （竹焦油树脂）。这种增加肯定是归因于在中酚焦油。两种前体聚合是由液态转 化为固态聚合反应后。竹焦油树脂比其他显示，80 °c和6（fc时，前者分别显 示

9、了较高的软化点较高的碳与氢原子比，如表1。应当指出，在分子的重量没有 增加主要是因为除了酚类化合物没有反应用福尔马林来获得较大的分子。在相同 的制备条件，由木焦油和竹焦油产生的树脂产量分别为72%和80%,后者含有 较多的酚类化合物。3.3. 碳纤维的制备上述结果显示，树脂在130-185° c间良好的自旋低温能力。而后在200 ° c固化，纺纤维已成功开发碳纤维碳化。表2由木焦油派生竹碳纤维树脂的机械性能前导碳化(° 0纤维直径(um)拉伸模量(gpa)拉伸强度(mpa)竹焦油树脂65019.3273428001744632100014. 343616木焦油树脂

10、100020.937247有一个约10%挥发量减少，原因是与一些小分子化合物反应起到一定固化效 果。缓慢升温速率可避免的纤维炭化过程中蜕皮。固化后的树脂从竹子衍生表明 高于从木焦油衍生的树脂，碳化产量分别48%和40%。基于焦油量，竹，木焦 油总产量分别为43和35%,更多归因于以前的酚类物质，称为以热定型树脂聚 合量来提高产量。由竹焦油树脂基制备的碳纤维从x射线衍射图案显示出更大 的界面联系为0.3850.417与从拉曼光谱显示出中等强度的i.aso /i.580的比为 0.720.96。自木焦油树脂制备的碳纤维从x射线衍射图案显示的界面联系为 0.350- 0.385nm,由此表明这有两种

11、微晶结构，较大的微晶结构的1剧/1關强 度比为1.09o表2总结了生物质焦油树脂炭纤维的力学性能。从竹焦油树脂形成炭纤维显 示高于木焦油，分别得出为620和250mpa,这是由酚醛树脂派牛的商业碳纤 维抗拉强度【17】。应该指出，从生物质焦油树脂炭纤维表现出很人的较高的拉 伸弹性模量(高达44gpa),这些酚炭纤维的拉伸弹性模量(10 -30gpa)o炭 化温度对力学性能的影响如表5显示。碳化在800-1000°c间可能获得高强度, 高模量碳纤维。从木焦油树脂基碳纤维抗拉强度低，因为显示的树脂中含有较多 的挥发物，其正在发展的对碳纤维的表面空洞形成的结果，减少了机械性能。在 研究碳纤

12、维制备直径比碳纤维更大的商业用途。碳纤维力学性能高，应预计从生 物质焦油准备通过对严格控制薄直径得到纤维纺丝。4.结论总之，木，竹焦油分子成分的分析表明，二种的焦油含有酚基化合物很少。 这些组件可以聚合成一个特殊的热定型树脂，它可以作为一个很好的前兆有望开 发高性能碳材料如碳纤维，碳片，碳膜，玻璃炭，炭粘结剂等。在本研究中，从 由此两种焦油树脂形成碳纤维已经研制成功，发现它们的性质是和制备有商业价 值的碳纤维。为了获得更高的产量和进一步提高碳纤维的性能，目前仔细的调查 研究仍在进行。此外，焦油来自不同的树木和不同的条件应在后面的研究调查中 涉及到。参考文献1 churin e, maggi r

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