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化纤行业——将木质素连续加工成高价值的碳纳米管纤维

派耳|红油脂|PARR|高温脂|氟素脂|铁霸  发布时间:2022-10-10 00:00:00  阅读次数:756

碳纤维因其高模量和强度而已用于航空航天,飞机,汽车,运动和医疗设备等许多行业。生产碳纤维的常见前体包括聚丙烯腈、石油沥青和再生纤维素。近年来,由于对环境问题和生产成本的担忧,越来越重视使用生物质资源来生产碳纤维而不是石油基资源。在生物质资源中,木质素原料可以从农业废弃物和纸浆工业废弃物中获得,显示出显著的成本优势。

  木质素作为仅次于纤维素的储量第二大天然高分子材料,含有大量的芳环结构,可作为制备碳纤维的前驱体,与聚丙烯腈基碳纤维相比,生产成本降低50%以上。

  从木质素制备碳纤维的方法包括熔融纺丝、干纺、湿纺、干射流湿纺和静电纺丝,木质素可以通过多个步骤加工成碳纤维,包括提取,纯化,纺丝,稳定和碳化。然而,木质素基碳纤维的拉伸强度仅为聚丙烯腈基碳纤维的三分之一。由于木质素的非线性分子结构和较宽的分子量分布,木质素制备碳纤维存在一些问题,如前驱纤维质量差、纤维直径不均匀、大直径、喷丝头堵塞等。为了从木质素中生产出高质量的碳纤维,已经采取了一些措施来改善木质素的可纺性,包括将木质素转化为线性聚合物。并将其与其他树脂混合,然而,这些复杂的处理工艺不可避免地增加了木质素基碳纤维的生产成本,不利于其大规模制备。
  碳纳米管(CNT)纤维是一种特殊的碳纤维材料,由多个碳纳米管组成,具有较高的比强度。与传统碳纤维相比,碳纳米管纤维具有更好的柔韧性,更高的导电性和导热性。碳纳米管纤维的制备方法包括湿法纺丝、阵列旋转和浮动催化剂化学气相沉积(FCCVD)。
  此外,后处理通常用于改善碳纳米管纤维的机械、电气和热性能,包括溶剂/机械致密化、化学掺杂、金属涂层、酸处理和纯化。目前,连续制备碳纳米管纤维最常用的方法是FCCVD。该方法使用的碳源主要来自石油精细化学品,如甲烷,乙烯,乙醇,甲苯和二甲苯,为满足低碳环保要求,以低碳足迹生物质为碳源制备碳纳米管已成为该领域的研究热点。然而,通过FCCVD方法从生物质中连续制备碳纳米管纤维仍存在很大的挑战


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