碳素材料翻譯

1、生物質焦油的成分分析和其碳材料改性發(fā)展材料化學與工程學院，九州大學，春日，福岡816-8580,日本刊塞電力公司，兵庫縣尼崎市661-0974, 口本摘要：通過飛行時間質譜，氣相色譜，質譜，紅外線譜的核磁共振和甘油三 酯完成了對木焦油的分子組成分析。表明木焦油是含有苯酚的有機化合物，木焦 油被濃縮在用甲醛溶液作為催化劑，在90。c下分別以草酸和鹽酸酸反應一個半 小時制備。由此產生的樹脂被成功剝離,在2030° c自固化和在650-1000° c炭化。實現(xiàn)碳纖維的力學性能的拉伸強度和拉伸模量630mpa44gpa。關鍵詞：碳纖維焦油碳化色譜法機械性能1 簡介和煤與石油等化石燃

2、料相比，木材是一個豐富的可再牛能源提供現(xiàn)成的能量。木 材已成為部分日常生活的重要前體為其準備碳熱材料，如木炭。碳在沒有空氣的 氣氛下發(fā)生熱解作用，生成木炭，液體和氣體燃料。油相液體屮rre的叫木焦 油，是一種混合物，其中包括許多有機化合物。雖然其中一些例如，來自生物質 熱解油的酚是非常有價值和有用的化學物質【1, 2】，但其分離和提純仍然復雜 瘋狂困難到現(xiàn)在還不易【3-51。苯酚，含多種木焦油傭分，有可能開發(fā)出類似 木焦油樹脂過程作為酚類聚合成高性能指定樹脂【6, 7,如玻璃般的碳材料, 碳纖維，高產量碳化粘結劑等。人們一直在做分析和利用木焦油許多研究。一般而言，氣相色譜質譜分析對 木焦油組成

3、的分析是非常有用的【7-13】。然而，這不是足夠應用的方法。除此 之外的其他方法，如紅外光譜，核磁共振，氣相色譜，氫火焰離子化檢測器和其 他方法被用來分析和分離酚焦油【7, 1417】。氣相色譜質譜，紅外光譜，核 磁共振飛行時間質譜，甘油三酯的的組合當然更加有利于獲得更多的準確的關于 木焦油成分的信息，從而更有效地使用它。在本研究中，通過飛行時間質譜，氣相色譜質譜，紅外光譜，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 在草酸和鹽酸的分別催化作用下，在90。c的溫度下，反應95分鐘，聚合生成 木焦油樹脂。由此產生的樹脂紡成功的在200。c下自固化和在650- 1000

4、° c 下炭化從而達到各向同性的碳纖維。2 實驗21 木焦油的分析在本研究中，兩種木焦油（混合木焦油，竹焦油，其元素分析如表1）被用來研究。氣相色譜質譜法用來識別半定量在焦油有機化合物的種類。 飛行時間質譜法分析的化合物分子量在焦油中的分布。核磁共振是用來獲取焦油 中的有關芳香指數(shù)。紅外光譜是用來定性分析焦油中的官能團。廿油三酯聚合是 用來測出焦油的碳化性能。表1木焦油，竹焦油及其樹脂聚合后的基本數(shù)據元素分析（水分/%）c/0sp(° c)chn0木焦油64. 666. 920. 1628. 263. 05竹焦油61.987. 330. 4230. 272. 73木焦油樹脂

5、6& 986. 780. 1424. 13.8260竹焦油樹脂70. 026. 560. 5222.94. 0880附：正己烷不溶2.2. 木焦油（竹焦油）聚合成樹脂120克木焦油和37%甲醛溶液在三個120g的口瓶放在加熱器，采用草酸 和鹽酸酸作為催化劑，在90。c溫度下，反應95分鐘，聚合生成木焦油樹脂。 聚合，冷卻后，含水多樹脂取出，并進一步消除了在低壓的未反應小分子。2.3. 碳纖維的制備和表征由木焦油樹脂由此產生的樹脂紡成功（寬0.3mm*長0.9mm）在加熱速率是10° c /h下 達到200° c溫度后自固化，在加熱速率是2。c /h下達到650-10

6、00° c溫 度后碳化后，在基于cf卡的措施下和氮氣流量中實現(xiàn)碳纖維樹脂各向同性。3.結果與討論3.1. 組成木及竹焦油顯示高氧含量，分別為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遠高于竹焦油，表明木焦油中含有較多的極性成分。核磁共振和h型核磁共振光譜包含兩個主要區(qū)化學約1 -5ppm的轉變和 69ppm,分別由于芳香族和脂肪族質子影響。木焦油芳香指數(shù)略高于竹焦油， 分別為0.48和0.47o焦油類兩種光譜表明，他們含有大量的官能團，尤其是輕基團。這些團體在從木 和竹焦油聚合過程中發(fā)揮重要作用。由于酚疑基和竣基自由基的原因，觀察到強 吸收性，為3200-360

7、0/厘米。兩撥基帶證明了存在的竣酸和酮在1700/厘米和 乙儲和酚類，輕基在1100-1200/厘米，這些峰值在1400-1600/厘米當然是歸 因于芳香族結構。飛行時間質譜焦油光譜表明，木焦油顯示介于200至600分布，同時，竹焦油顯示略有下降，從160到450.他們的平均分子量是分別310和315o氣相色譜質譜法分析焦油譜顯示所用的焦油，是對多種有機化合物的混合 物組成的超過50種。竹焦油中含有較多量的苯酚，甲基苯酚,4乙基4 甲氧基 苯酚,2,6二甲基酚焦油。木焦油顯示更多的苯二酚，朦朧乙基苯酚量，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%。分別所有竹， 木

8、焦油量峰面積酚組峰的面積，也表明前者比后者更含有酚量。甘油三酯聚合結果表明，在900 °c f竹焦油碳化產量比木焦油高，分別為 16和12%。它是與由氣相色譜質譜法分析所得的信息是一致的。3.2. 聚合木焦油飛行時間質譜焦油樹脂光譜表明，產品的分子量從與甲醛在酸性催化劑聚 合得到焦油，成放人趨勢。從木材焦油和竹子焦油所得兩種樹脂種顯示分子量分 布更廣泛,從200到800。它們的平均分子量分別為386 （木焦油樹脂），406 （竹焦油樹脂）。這種增加肯定是歸因于在中酚焦油。兩種前體聚合是由液態(tài)轉 化為固態(tài)聚合反應后。竹焦油樹脂比其他顯示，80 °c和6（fc時，前者分別顯 示

9、了較高的軟化點較高的碳與氫原子比，如表1。應當指出，在分子的重量沒有 增加主要是因為除了酚類化合物沒有反應用福爾馬林來獲得較大的分子。在相同 的制備條件，由木焦油和竹焦油產生的樹脂產量分別為72%和80%,后者含有 較多的酚類化合物。3.3. 碳纖維的制備上述結果顯示，樹脂在130-185° c間良好的自旋低溫能力。而后在200 ° c固化，紡纖維已成功開發(fā)碳纖維碳化。表2由木焦油派生竹碳纖維樹脂的機械性能前導碳化(° 0纖維直徑(um)拉伸模量(gpa)拉伸強度(mpa)竹焦油樹脂65019.3273428001744632100014. 343616木焦油樹脂

10、100020.937247有一個約10%揮發(fā)量減少，原因是與一些小分子化合物反應起到一定固化效 果。緩慢升溫速率可避免的纖維炭化過程中蛻皮。固化后的樹脂從竹子衍生表明 高于從木焦油衍生的樹脂，碳化產量分別48%和40%?；诮褂土?，竹，木焦 油總產量分別為43和35%,更多歸因于以前的酚類物質，稱為以熱定型樹脂聚 合量來提高產量。由竹焦油樹脂基制備的碳纖維從x射線衍射圖案顯示出更大 的界面聯(lián)系為0.3850.417與從拉曼光譜顯示出中等強度的i.aso /i.580的比為 0.720.96。自木焦油樹脂制備的碳纖維從x射線衍射圖案顯示的界面聯(lián)系為 0.350- 0.385nm,由此表明這有兩種

11、微晶結構，較大的微晶結構的1劇/1關強 度比為1.09o表2總結了生物質焦油樹脂炭纖維的力學性能。從竹焦油樹脂形成炭纖維顯 示高于木焦油，分別得出為620和250mpa,這是由酚醛樹脂派牛的商業(yè)碳纖 維抗拉強度【17】。應該指出，從生物質焦油樹脂炭纖維表現(xiàn)出很人的較高的拉 伸彈性模量(高達44gpa),這些酚炭纖維的拉伸彈性模量(10 -30gpa)o炭 化溫度對力學性能的影響如表5顯示。碳化在800-1000°c間可能獲得高強度, 高模量碳纖維。從木焦油樹脂基碳纖維抗拉強度低，因為顯示的樹脂中含有較多 的揮發(fā)物，其正在發(fā)展的對碳纖維的表面空洞形成的結果，減少了機械性能。在 研究碳纖

12、維制備直徑比碳纖維更大的商業(yè)用途。碳纖維力學性能高，應預計從生 物質焦油準備通過對嚴格控制薄直徑得到纖維紡絲。4.結論總之，木，竹焦油分子成分的分析表明，二種的焦油含有酚基化合物很少。 這些組件可以聚合成一個特殊的熱定型樹脂，它可以作為一個很好的前兆有望開 發(fā)高性能碳材料如碳纖維，碳片，碳膜，玻璃炭，炭粘結劑等。在本研究中，從 由此兩種焦油樹脂形成碳纖維已經研制成功，發(fā)現(xiàn)它們的性質是和制備有商業(yè)價 值的碳纖維。為了獲得更高的產量和進一步提高碳纖維的性能，目前仔細的調查 研究仍在進行。此外，焦油來自不同的樹木和不同的條件應在后面的研究調查中 涉及到。參考文獻1 churin e, maggi r

13、 , grange p, delmon b. in： bridgwater av and kucstcr jl, editors .research in thermochemical biomass conversion, elseviel applied science, barking(1988), p 896.ogank, katze . anal . chem 1981； 53(2): 160-163elder t. r, sores ej wood and fiber 1980； 12： 217-226achladas ge. journal of chromatography 1

14、991； 542, 263275【5】5 anlen-chen c, pakdel h, roy c biomass and bioenergy 1997； 13, 1 2： 25-37【6】galli van r/vl, matshi pk usa paten t 4, 209, 647(1980)7 suzuki t, hiroshi n, yamada t homma t mokuzai gak. 1992； 38： 321 -3248 chandal p, kaliaguinc s, grandmaison jl, mahay a apple catal 1984；10(3)： 317

15、-3329 evans rj, m訂ne ta energy fuels 1987； 1(2)： 123137【10】 fraga ail gaines af. kandiyoti r fuell991； 70(7)： 803-80911 villiams pt, home pa j anal pyrol 1995； 31： 15-37121 pimcnta as, vital br, bayona jm, alzaga r fuel 1998； 77： 1 1331139. f131 egenberg im, aasen jab, holtekjolen ak,lundanes e j anal pyrol2002； 62： 143-155schweighardt fk, retcofsl (y hl, friedel rafuel 1976； 55(4)' 313-317pakdel h, roy c, zeidan k. tn： bridgwater av,