氧化/多孔性電紡絲奈米碳纖維之製備及其銅離子吸附材料之研究

  • 王 健哲

學生論文: Master's Thesis

摘要

本研究製備不同碳化溫度及氧化改質方式的奈米碳纖維,並應用於銅離子吸附材料。當碳化溫度為1300 °C時,碳纖維之孔洞因碳平面成長而逐漸關閉,微孔體積及比表面積大幅度下降,且大部分官能基皆已斷裂,為疏水性材料,因此對銅離子的吸附效果相當不好。 以純硝酸溶液及硫酸/硝酸混合溶液對碳纖維進行改質。經過強酸改質過後,奈米碳纖維仍然保有完整的纖維狀,纖維的表面並沒有明顯變化,表示酸性改質並沒有破壞纖維原有的型態。經過氧化改質之奈米碳纖維,含有大量含氧官能基,由疏水性材料轉變為親水性材料,使得銅離子能夠更加容易地克服纖維表面與水溶液之界面阻力,能夠有效與銅離子產生作用而達到吸附的效果。在吸附動力學方面,碳纖維無論改質與否,皆較符合擬二階動力學方程式,代表著吸附動力學的決定步驟取決於碳纖維與銅離子之間的交互作用力。而等溫吸附模型中,經氧化改質之奈米碳纖維皆較符合Langmuir model,經由此模型計算可得純硝酸、硫酸/硝酸改質碳纖維之最大吸附量分別為 78 7及169 5 mg/g。硫酸/硝酸改質之碳纖維有較好之吸附效果,其原因可能在於C=O相較於C-OH對銅離子有更好的吸引力,因為碳纖維本體存在著大量芳香?結構,因此能夠與C=O透過π-π電子轉移而對銅離子有較好之吸引力。 本研究亦以polymethylmethacrylate/polyacrylonitrile (PMMA/PAN) 為前驅物製備多孔性奈米碳纖維,隨PMMA添加量上升表面積明顯增大,且產生大量孔洞,但在銅離子的吸附效果上並沒有太過突出的表現,其原因為所產生之孔洞多為中孔,與銅離子大小差異過大,導致無法有效地提升吸附量。
獎項日期2016 八月 23
原文???core.languages.zh_ZH???
監督員Chieh-Tsung Lo (Supervisor)

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